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OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO DE LA SECCIÓN 67 DE LOS CAMPOS PETROLEROS “ING. GUSTAVO GALINDO VELASCO” BLAS OCTAVIO REY BOTTO UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO - QUÍMICAS ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS BUCARAMANGA 2004
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OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO DE LA SECCIÓN 67 DE LOS CAMPOS PETROLEROS “ING.
GUSTAVO GALINDO VELASCO”
BLAS OCTAVIO REY BOTTO
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO - QUÍMICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS BUCARAMANGA
2004
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OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO DE LA SECCIÓN 67 DE LOS CAMPOS PETROLEROS “ING.
GUSTAVO GALINDO VELASCO”
BLAS OCTAVIO REY BOTTO
Trabajo de Grado presentado como requisito para optar el título de Ingeniero de Petróleos
Directores NICOLÁS SANTOS SANTOS
Ingeniero de Petróleos RICARDO GALLEGOS ORTA
Ingeniero de Petróleos
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERÍAS FÍSICO - QUÍMICAS
ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEOS BUCARAMANGA
2004
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DEDICATORIA
A las 2 mujeres que más quiero en este mundo y que son mi razón de ser y
existir, por las cuales lucho día a día para salir adelante: son mis 2 mamás
Ana y Geo, que además de ser mi apoyo moral y económico, siempre han
estado ahí, en las buenas y en las malas, dando todo sin importar el costo y
el sacrificio que halla significado, con tal de construir y forjar mi futuro hasta
lo que soy hoy. Gracias por creer en mí, las quiero mucho.
Al señor Orlando Velásquez Linero, que ha sido para mí como un padre, el
padre que nunca tuve. Gracias por creer en mí y por apoyarme
económicamente en sacar adelante esta carrera y poder hoy dar un gran
paso importante en mi vida, culminando esta meta. Discúlpeme por los
inconvenientes que le halla causado, espero poder algún día muy pronto,
poder retribuirle de alguna manera, todo el esfuerzo que Ud. ha hecho por
mí.
A mis 2 hermanitos de crianza, Alcides y Tilsia, que son mi otra razón de ser,
los quiero mucho, ojalá lleguen muy lejos y cuenten conmigo. Gracias por
aguantar a su hermanito Blas.
A Dios, que siempre ha estado conmigo en las buenas y en las malas.
Siempre he podido contar con él, es mi fuerza espiritual y mi mejor amigo.
Siempre me ayuda y escucha.
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AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos a:
La compañía PACIFPETROL S.A., la cual me abrió sus puertas y en la cual
pude desarrollar la maravillosa experiencia de esta práctica empresarial.
Al Ingeniero de Petróleos RICARDO GALLEGOS ORTA, Decano de la
Facultad de Ciencias de la Tierra de la Escuela Superior del Litoral, ESPOL
Guayaquil, Ecuador, ya que siempre estuvo ahí, desde la gestión y apoyo en
la consecución de la presente práctica, hasta en las asesorías y enseñanzas
en la parte técnica, como Director de este Trabajo, ya que sin su apoyo
incondicional, este trabajo ahora no sería una realidad.
A la Escuela Superior Politécnica del Litoral, ESPOL en Guayaquil Ecuador,
por facilitarme material que fue de valiosa información en la realización de
este trabajo.
Al Ingeniero gerente del Área de Yacimientos, RAFAEL RODRIGUEZ
ANDRADE, el cual fue mi asesor en la compañía PACIFPETROL S.A.
Al Ingeniero HOLGER RIZZO VERGEL, Gerente de Operaciones de la
compañía, ya que gracias a su apoyo y amistad desinteresada, pude salir
adelante en los momentos buenos y malos, ya que a pesar de ser mi
compatriota en Ecuador, más que mi paisano era como un amigo y padre
ayudándome a solucionar todos los problemas que se me presentaron.
Al Departamento de Mediciones Físicas, en especial al Sr. FERNANDO
GALVEZ, por su paciencia y enseñanzas, que fueron fundamentales para mi
enriquecimiento profesional, ya que su experiencia en campo fue su mejor
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carta de presentación para ampliar mis conocimientos y por siempre poder
contar con él.
A todas las demás personas, operadores y empleados de la Compañía
PACIFPETROL S.A., que de una u otra forma colaboraron en la realización
de este trabajo.
Al Ingeniero de Petróleos NICOLÁS SANTOS SANTOS, profesor de la
escuela de Ingeniería de Petróleos de la Universidad Industrial de Santander
UIS, director del Proyecto.
A los profesores RUTH PAEZ CAPACHO y LEOVALDO REYES ARIZA,
Ingenieros de Petróleos de la escuela de Ingeniería de Petróleos de la
Universidad Industrial de Santander, UIS, por sus consejos, asesorías,
correcciones y enseñanzas en la parte técnica de la realización de este
trabajo.
A todo el cuerpo de profesores de la Escuela de Ingeniería de Petróleos de la
UIS, por sus aportes en la construcción de Ingenieros de calidad para el
futuro, bien posicionados tanto a nivel nacional como internacionalmente y
les agradezco a todos Uds. por formarme como ahora soy.
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CONTENIDO Pág.
INTRODUCCIÓN 16
1. GENERALIDADES Y TEORÍA BÁSICA SOBRE POZOS EN BOMBEO MECÁNICO. 19
1.1 PARTES Y COMPONENTES BÁSICOS PARA UNA INSTALACIÓN DE BOMBEO MECÁNICO 21
1.1.1 Equipo de superficie 21
1.1.1.1 Motor 22
1.1.1.2 Unidad de Bombeo 22
1.1.1.2.1 Clasificación de las unidades de Bombeo 23
1.1.2 Equipo de subsuelo 29
1.1.2.1 La bomba de subsuelo. 30
1.1.2.1.1 Definición 30
1.1.2.1.2 Funcionamiento 30
1.1.2.1.3 Elementos principales 30
1.1.2.1.3.1 Barril 31
1.1.2.1.3.2 Pistón 31
1.1.2.1.3.3 Válvulas 32
1.1.2.1.3.4 Anclaje de fondo 32
1.1.2.1.4 tipos de bombas de subsuelo. 33
1.1.2.1.4.1 Bombas insertables 33
1.1.2.1.4.2 Bombas de Tubing 33
1.1.2.1.5 Selección de la Bomba de Subsuelo 33
1.1.2.1.6 Bombas más usadas en el campo. 34
1.1.2.2 Sarta de Varillas de Succión 35
1.1.2.3 Tubería de producción 36
1.2 FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN PARA BOMBEO
8
MECÁNICO 36
2. HERRAMIENTAS DE REGISTRO Y CONTROL PARA EL ANÁLISIS Y SEGUIMIENTO DEL FUNCIONAMIENTO DE INSTALACIONES CON BOMBEO MECÁNICO 39
2.1 PRUEBAS DE POZO 40
2.1.1 Controlar si el pozo “produce”. 41
2.1.2 Registrar y medir la producción 41
2.1.3 Medir la presión del pozo 42
2.2 NIVEL DE FLUIDO 43
2.2.1 Ecómetro 43
2.2.2 Toma de Niveles de Fluido 45
2.3 DINAGRAMA. 47
2.3.1 Cartas Dinamométricas 47
2.3.2 Toma e interpretación de Cartas Dinamométricas 52
2.3.3 Cartas dinamométricas típicas 55
3. OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE PRODUCCIÓN POR BOMBEO MECÁNICO DE LA SECCIÓN 67. 61
3.1 GENERALIDADES DEL CAMPO. 61
3.1.1 Ubicación Geográfica 61
3.1.2 Breve Reseña Histórica 63
3.1.3 Geología del campo. 65
3.1.3.1 Generalidades 65
3.1.3.2 Estructuras 66
3.1.3.3 Estratigrafía 66
3.1.3.4 Tectónica 69
3.1.5 Ingeniería De Yacimientos. 69
3.1.5.1 Situación actual de la operación 69
3.1.5.2 Caracterización de yacimientos. 71
3.1.5.2.1 Relación Gas-Petróleo, Presiones y temperaturas 71
3.1.5.2.2 Petrofísica. 72
3.1.5.2.3 Fluidos 75
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3.1.5.3 Datos históricos 76
3.1.5.3.1 Historia del desarrollo de los campos 76
3.1.5.3.2 Historia de perforación 77
3.1.5.3.3 Desarrollo de yacimientos y Tipo de Terminaciones. 80
3.1.5.3.3.1 Atlanta 80
3.1.5.3.3.2 Socorro 81
3.1.5.3.3.3 Formación Atlanta y Santo Tomás 81
3.1.5.3.4 Pozo tipo por área 82
3.1.5.4 Petróleo Original in Situ 83
3.1.5.5 Plan de desarrollo 84
3.1.5.6 Perfiles de producción y reservas remanentes 85
3.1.6 Reservas 86
3.1.6 Producción 87
3.1.6.1 Discriminación de la producción por campo y sistema a Abril de 1997 87
3.1.6.2 Control de la producción 90
3.2 PROCEDIMIENTO EN LA OBTENCIÓN DE DATOS DE CAMPO. 91
3.2.1 Obtención De Datos, Parámetros E Información Para El Diseño De BM 91
3.2.1.1 Parámetros de diseño 91
3.2.1.2 Condiciones especiales de Operación 92
3.2.1.3 Procedimiento de Registro y Seguimiento de pozos 94
3.2.1.4 Otros datos de interés de los pozos 98
3.3 ANALISIS DE LA INFORMACION OBTENIDA PARA EL DISEÑO Y LA OPTIMIZACION DEL SISTEMA 99
3.3.1 Organización de la información por Pozo 100
3.3.2 Análisis cuantitativo de las Cartas Dinamométricas 100
3.3.3 Análisis cualitativo de las Cartas Dinamométricas y del Nivel de Fluido 101
3.3.4 Estudio de las Intervenciones al pozo. (Pulling 101
3.3.5 Propuesta de rediseño 102
10
3.3.6 Recomendaciones y Conclusiones 103
3.4 OPTIMIZACION DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO DE LA SECCIÓN 67 104
3.5 ANALISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS. 107
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 132
BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS 138
11
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Rango de variacion de las propiedades petrofisicas basicas de los testigos 73
Tabla 2. Valores promedio para la formacion atlanta 74
Tabla 3. Propiedades de los fluidos 75
Tabla 4. Caudales promedio de los pozos por zonas. 83
12
LISTA DE FIGURAS pág.
Figura 1. Unidad de Bombeo Mark II. 27
Figura 2. Unidad de Bombeo convencional. 28
Figura 4. Diagrama de una instalación típica de Bombeo Mecánico 37
Figura 5. Representación de un ciclo de bombeo. 38
Figura 6. Esquema de instalación del Echometer 44
Figura 7. Gráfico del equipo y la señal acústica del programa. 46
Figura 8. Gráfica que muestra los resultados del nivel de fluido. Donde se
bosqueja la configuración del pozo y su nivel 46
Figura 9. Carta dinamométrica ideal 47
Figura 10. Carta dinamométrica considerando efectos de acelerado 49
Figura 11. Carta dinamométrica considerando acción de las válvulas 50
Figura 12. Carta dinamométrica considerando efectos de presión de gas 51
Figura 13. Representación de diagrama real 52
Figura 14. Carta Dinamométrica mostrando Golpe de Fluido. 56
Figura 15. Curva típica por pérdida en válvulas 57
Figura 16. Carta dinamométrica mostrando, varilla rota 58
Figura 17. Carta dinamométrica que representa bomba embastonada. 59
Figura 18. Carta Dinamométrica que representa Candado de Gas. 60
Figura 19. Ubicación geográfica de los campos (Ing. Gustavo C. Velasco) 62
Figura 20. Estado de los pozos a dic. del 98. 70
Figura 21. Estado de los pozos de acuerdo a su sistema de extracción. 71
Figura 22. Historia total de produccion del campo ancon 76
Figura 23. Historia de producción del campo a partir del inicio de la operación CGC. 77
13
Figura . 24 Producción acumulada promedio vs. numero de pozos
perforados td. 2000’ fm. Atlanta 78
Figura 25 Historia de producción de las distintas campañas de perforación en San Joaquin la fe. 80
Figura 26 Ppronóstico de producción según el desarrollo propuesto 86
Figura 27. Pozos de la sección 67 discriminados según sistema de levantamiento 104 Figura 28 Tendencia del comportamiento diario de la producción ANC0703 109
Figura 29 Tiempo óptimo de restauración del pozo ANC0703. 118
Figura 30 Tendencia del comportamiento diario de la producción ANC0584 120
Figura 31. Reporte de Pulling Bombeo Mecánico Pozo ANC 703 123
Figura 32. Gráfico de de nivel de fluido del pozo ANC 703 por el TWM 124
Figura 33. Carta dinamométrica del pozo ANC 703 126
Figura 34. Tiempo óptimo de restauración del pozo ANC0584. 131
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TITULO: OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO DE LA SECCIÓN 67 DE LOS CAMPOS PETROLEROS “ING. GUSTAVO GALINDO VELASCO”*
AUTOR: BLAS OCTAVIO REY BOTTO** PALABRAS CLAVES: Bombeo Mecánico, Dinagramas, Optimización del Sistema, Nivel de
Fluido, Ecuador, Producción, TWM, Sistema de Levantamiento. DESCRIPCIÓN O CONTENIDO: El análisis del funcionamiento del Bombeo Mecánico es importante para aumentar la eficiencia, dando como consecuencia un aumento en la producción y una disminución en los costos de levantamiento. Los aspectos a tener en cuenta en la optimización del sistema son: - Las pruebas de campo – Las mediciones acústicas – El Dinagrama. Aumentar la eficiencia y disminuir costos son los objetivos del presente trabajo. Para lograrlo es necesario: - Hacer un buen diseño. – Analizar el comportamiento de los pozos con Bombeo mecánico, haciendo uso de las mediciones acústicas y del dinagrama. – Detectar las posibles fallas en el sistema, mediante un buen análisis e interpretación de dichas herramientas. – Plantear las posibles soluciones – Aplicarlas al sistema y evaluarlas. Este trabajo utiliza datos reales de los campos “Gustavo Galindo Velasco”, localizados en la península de Santa Elena, Ecuador, operado por la compañía PACIFPETROL S.A. Debido al bajo potencial de estos pozos, se pudo determinar que la falla más importante encontrada es el golpe de fluido y la solución más acertada que se planteó fue la realización de un estudio de restauración de nivel, que permita conocer el tiempo óptimo de restauración y el tiempo óptimo de trabajo de las unidades de bombeo, para que la bomba siempre permanezca sumergida. Cabe resaltar que fue fundamental el uso del Total Well Management (TWM), como herramienta tanto en la adquisición como en la interpretación de datos. ____________ *Trabajo de Grado **Facultad de Ingenierías Físico – Químicas, Escuela de Ingeniería de Petróleos. Directores: Ing. Nicolás Santos Santos, Ing. Ricardo Gallegos Orta
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TITLE: OPTIMIZATION OF THE OPERATION OF THE SUCKER ROD PUMPING SYSTEM SECTION'S 67 "ENG. GUSTAVO GALINDO VELASCO" OILFIELDS
AUTHOR: BLAS OCTAVIO REY BOTTO** KEY WORDS: Sucker Rod Pumping, Dynamometer Cards, Optimization System, Fluid
Level, Ecuador, Production, TWM, Lifting System. DESCRIPTION OR CONTENT: The analysis of the sucker rod pumping's functioning is important to increase the efficiency, giving as a result an increase in the production and a decrease in the lifting costs. The aspects to having in bill in the system's optimization: - the Dynagraph - the acoustic measurements the- field-tests -. Increasing the efficiency and decreasing costs are the present work's objectives. For to achieve it is necessary: - making a good design. - examining the behavior of the wells with sucker rod pumping, making use of the acoustic measurements and dynagraph. - detecting the possible faults in the system, by means of a good analysis and tools interpretation. - Presenting the possible solutions - to apply them to the system and to evaluate them. This work utilize the field’s real data Gustavo Galindo Velasco, localized in Santa Elena's peninsula, in Ecuador once PACIFPETROL S.A was operated on for the company.. due to these well’s reduce potential, it happened to me that the more important fault once was found could be determined that he is the fluid pound and the more solution guessed right that it came into question was the realization of a level restoration study, that he permit knowing the optimal restoration time and the optimal job time of the units pumping, for the pump always Let him remain submerged. ____________ *Degree Project **Physical – Chemical Engineerings Faculty, Petroleum Engineering School. Advisers: Eng. Nicolás Santos Santos, Eng. Ricardo Gallegos Orta
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INTRODUCCIÓN
El Bombeo Mecánico es el Sistema de Levantamiento Artificial de extracción
de petróleo más ampliamente usado en el mundo. Más del 80% de los pozos
petrolíferos del mundo trabaja con este sistema. Esto se debe a factores
tales como, su versatilidad, su antigüedad, su facilidad para operar en
diversidad de condiciones, la intercambiabilidad de los equipos, la
familiaridad que los operarios tienen en el manejo del sistema, entre otros.
Pero no por ser el sistema más viejo y el más usado, esto quiera decir que
sea el más simple, más barato y el mejor conocido por todos su diseño. Al
contrario, su complejidad mecánica en comparación con los otros sistemas
de levantamiento artificial, lo hace a que este expuesto a mayor cantidad de
esfuerzos y por este motivo, es el que mayor atención requiere durante su
operación.
Esta desventaja que se acaba de mencionar, es la que causa que el sistema
se vuelva ineficiente en cuanto a la tasa de producción y hace que se vuelva
costoso en comparación a los otros sistemas, ya que a pesar de que su
inversión inicial es más baja que los otros sistemas, los costos de
mantenimiento por las causas antes mencionadas, hacen que pierda ventaja
en relación a los otros sistemas.
Pero esto no significa que el Sistema de Bombeo Mecánico sea malo. Estos
problemas tienen solución y son función del Ingeniero de Producción, hacer
un seguimiento continuo del sistema, minimizando las fallas durante su
operación, haciéndolo más eficiente y minimizando por ende los costos de
producción por Barril producido.
Estas funciones del Ingeniero de producción son los objetivos principales del
presente trabajo, es decir aumentar la producción de los Pozos que operan
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con Bombeo Mecánico, haciendo el sistema más eficiente y disminuir los
costos de operación del mismo.
Los campos petroleros “Ing. Gustavo Galindo Velasco”, están ubicados en la
Península de Santa Elena, en la costa Pacífica de nuestra hermana
República del Ecuador, cerca a Guayaquil y fueron los primeros campos en
explotarse en dicho país, desde hace más de ochenta años. Actualmente es
un campo marginal, con un yacimiento depletado, con una producción muy
baja y que actualmente pertenece a la Escuela Superior Politécnica del
Litoral ESPOL en consorcio con la operadora PACIFPETROL S.A. Debido a
la baja producción del campo, por cuestiones económicas solo se ha podido
usar como Sistemas de Levantamiento Artificial el Gas Lift y el Bombeo
Mecánico, siendo este último el más ampliamente usado en el campo por su
antigüedad y economía, además que no escapa de la tendencia mundial a la
preferencia del mismo.
La sección 67 de dicho campo es la que más produce y tiene en el Bombeo
Mecánico su principal Sistema de Levantamiento. Es por esta razón que la
compañía PACIFPETROL S.A., elaboró el plan “Proyecto Piloto 67”, que
tiene como objetivos fundamentales, aumentar la producción y disminuir los
costos de levantamiento y producción. Por tales antecedentes es que este
trabajo tiene la misión de cumplir con tales objetivos, haciendo énfasis en un
seguimiento continuo del sistema de producción de Bombeo Mecánico, ya
que un diagnóstico de las principales fallas del sistema y la determinación de
sus posibles alternativas de solución, revertirán en una mejor eficiencia,
mayor producción y una disminución en los costos de operación, los cuales
se verán reflejados en la sección 67 y permitirán que los objetivos del Plan
Piloto se vean cumplidos y de esta forma aplicarlos a otras secciones del
campo.
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Este trabajo se realizó básicamente, haciendo un estudio preliminar y
recopilando toda la información necesaria de los pozos que producen con el
sistema de Bombeo Mecánico de la sección 67, tales como historia de
Producción, estados mecánicos, intervenciones a los pozos (Pullings55), y
estudio de las diferentes variables que afectan y que son importantes en el
diseño y funcionamiento del sistema. Después se hizo un trabajo de campo,
que consistió principalmente en hacerles un seguimiento continuo y
permanente a los pozos en estudio. Dicho seguimiento se desarrolló
haciéndole un seguimiento a la producción de cada pozo, es decir, poniendo
pozos a prueba para hacer un análisis de la producción diaria del mismo;
también se usaron las herramientas básicas de registro y control del sistema,
las cuales son el Dinagrama y las mediciones acústicas, que se obtuvieron
mediante el Total Well Management (TWM), las cuales permitirían hacer un
análisis tanto cualitativo como cuantitativo, del comportamiento del sistema y
por medio de este podríamos determinar fácilmente las fallas que el sistema
podría estar presentando. Después de realizado el trabajo de campo y con
toda la información recopilada del sistema previamente, se realizó un
diagnóstico de las principales fallas presentes en el sistema. Luego se
plantearon las posibles alternativas de solución a dichas fallas y su viabilidad
para aplicarlas. Al final se corrigieron algunas fallas en el sistema, y se
evaluaron lo cambio hechos al mismo. Al final se obtuvieron las conclusiones
y recomendaciones del presente trabajo.
Vale la pena resaltar, que mucha de la información necesaria para el análisis
del sistema de Bombeo mecánico que se quería obtener en la etapa previa
de recopilación de información en la realización de este trabajo, no se pudo
obtener por normas de alta confidencialidad de la compañía, la cual impedía
acceso a cierta información. De todos modos el apoyo logístico y técnico de
la compañía PACIFPETROL S.A., fue muy importante.
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1. GENERALIDADES Y TEORÍA BÁSICA SOBRE POZOS EN BOMBEO MECÁNICO.
El diseño adecuado de una instalación de Bombeo mecánico, debe
considerar todas las partes del sistema como un todo y de forma individual,
con el fin de seleccionar el equipo de superficie y subsuelo necesario para
suministrar la energía faltante al yacimiento para levantar el fluido hasta la
superficie.
El diseño del sistema de bombeo mecánico por varillas de succión tiene por
objeto transmitir la energía desde la superficie hasta la profundidad en
donde se encuentra ubicado el fluido, a fin de elevarlo hasta superficie.
El bombeo mecánico por medio de varillas conocido en inglés como “sucker
rod pumping” es de los sistemas de extracción el más ampliamente usado.
Históricamente, la mayor ventaja ha sido la familiaridad que el personal de
operación tiene con el sistema; pero no por ser el más antiguo, más simple,
más barato es el más conocido por todos su diseño.
De todos los sistemas de extracción artificial, es el mecánicamente más
complejo, debido a que está expuesto a mayores cantidades de esfuerzos y
es por estas razones que requiere mayor atención durante su operación.
Su empleo data de los albores de la explotación petrolera, en el año 1860 en
los Estados Unidos de América. Probablemente fue una adopción del
sistema de explotación de pozos de agua. Aquellos pioneros no imaginaron
las complicaciones a que nos estaban sometiendo a quienes nos toca
trabajar hoy con tales aparatos. Es posible que si hubiesen adoptado algún
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otro sistema, hoy aquel no existiría. Pues al principio se utilizaban máquinas
de bombeo que alcanzaban los 100 a 250 metros de profundidad, con un
balancín de madera y sarta de varillas de acero y una bomba tipo molino de
viento. Lo que sucedió con el transcurso de los años es que la industria
petrolera adoptó su sistema y lo fue adaptando para profundidades cada vez
mayores y se ubicó entre los primeros lugares como un método de extracción
artificial de petróleo.
Durante muchos años se fueron efectuando mejoras a este sistema,
especialmente en lo que hace referencia a los materiales empleados, lo que
le dio mucha más vida, además se mejoró su diseño para hacerlo adaptable
a cualquier tipo de yacimiento y al tipo de fluido que se desee levantar.
Una gran limitante para su diseño ha sido siempre la profundidad, no
obstante, unidades de bombeo con mayor capacidad de carga y con varillas
de alta resistencia permiten trabajar a mayores profundidades.
Las principales ventajas y desventajas del sistema se pueden resumir así:
Ventajas:
Debido a la familiaridad del personal de campo con el bombeo
mecánico, las operaciones e instalaciones no resultan complicadas.
El bombeo mecánico ofrece una amplia gama de tasas de producción
que variará de acuerdo a los equipos de superficie y de subsuelo
utilizados.
Los costos de mantenimiento de cada unidad de bombeo son
relativamente mínimos por la baja energía que consumen, que puede
ser el gas del mismo pozo o producida con motores eléctricos o a
diesel.
21
No se necesita una gran torre para un cambio de bomba o para la
intervención del pozo debido a que el peso de las varillas es bajo y de
fácil manejo.
Desventajas:
El diámetro del revestimiento y la profundidad limitan el volumen
manejado por el sistema. La eficiencia volumétrica se reduce por altos
valores del GOR, por producción de sólidos, formación de parafinas y
por la corrosividad de los fluidos.
Al inicio la inversión es elevada, principalmente para pozos donde se
requieren grandes unidades de bombeo; adicionalmente el análisis
económico debe contemplar el costo de la sarta de varillas.
El mal manejo de las varillas es causa de muchas fallas de la bomba,
roturas en las cuplas y costosas pescas.
1.1 PARTES Y COMPONENTES BÁSICOS PARA UNA INSTALACIÓN DE BOMBEO MECÁNICO Una instalación de bombeo mecánico consta básicamente de las siguientes
partes:
Equipo de superficie.
Equipo de subsuelo.
A continuación, se hablará en detalle de cada uno de ellos.
1.1.1 Equipo de superficie. Como su nombre lo indica, son las partes del
sistema que podemos observar a simple vista y que se encuentran a nivel del
suelo. El equipo de superficie está constituido por un motor primario, el cual
proporciona la energía que acciona a su vez la unidad de bombeo. Mediante
la acción de bandas y una caja de engranajes se reducen las velocidades y
22
el movimiento rotacional, se transforma en movimiento rectilíneo a través de
la manivela, la biela y el balancín, todo este proceso sucede
coordinadamente. El movimiento se transmite a la sarta de varillas la que a
su vez hace trabajar a la bomba de subsuelo.
1.1.1.1 Motor. La función del motor es suministrar la energía necesaria para
el funcionamiento de la instalación; para suministrar esta energía, el motor
produce un movimiento rotacional de alta frecuencia y bajo torque; luego este
movimiento es transformado por la unidad de bombeo a reciprocante.
Los motores usados en la industria del petróleo para las instalaciones de
Bombeo mecánico, pueden ser eléctricos o de combustión interna. Para la
selección del motor, se deben tener en cuenta aspectos como la potencia
necesaria, economía y condiciones de trabajo, ubicación de los pozos,
disponibilidad de uno u otro tipo de motor, entre otros factores.
Actualmente el motor que se utiliza para accionar las unidades de bombeo
mecánico con varillas de succión es el motor eléctrico; para zonas aisladas o
que no disponen con el suministro de energía eléctrica también se utilizan
motores de combustión interna, accionados por diesel. Sin embargo, los
motores de combustión interna con un adecuado blindaje pueden ser
perfectamente utilizados lo que redundará en un abaratamiento en los costos
porque para este tipo de motores se puede utilizar como combustible el
mismo gas de los pozos. Este es el caso que ocurre en los pozos de los
campos petroleros “Ing. Gustavo Galindo Velasco”, los cuales trabajan
generalmente con los motores de combustión interna ARROW y FM, los
cuales son diseñados específicamente para trabajar en pozos petroleros.
Estos motores reciben mantenimiento periódicamente para prevenir
posibles fallas y paradas de las unidades.
1.1.1.2 Unidad de Bombeo. Es un mecanismo cuya función principal es
accionar la sarta de varillas y la bomba a fin de elevar el fluido desde el
23
subsuelo a superficie. Por muchos años hubo alguna confusión acerca de la
clasificación de las unidades de bombeo. En 1943 una junta especial del API
propuso establecer:
Una serie simplificada de clasificaciones de torsiones máximas de
reductor.
Una serie de clasificaciones de estructuras, carreras máximas y
vástagos.
Ciertas dimensiones uniformes para algunos componentes
estructurales de la unidad.
La principal parte estructural de la unidad de bombeo es la base, la cual se
fabrica con perfiles de acero y sirve como miembro rígido que une el poste
maestro, reductor de engranajes y motor primario. El poste maestro
normalmente se construye de tres o cuatro soportes también de perfiles de
acero. Debe tener suficiente rigidez y resistencia para soportar el doble de la
carga máxima del vástago pulido. Centrado sobre el tope del poste maestro
se encuentra el cojinete central el cual soporta la viga principal, la cual debe
ser suficientemente fuerte para resistir las diferentes cargas en uno y otro
extremo. El cabezal de la unidad está adherido en un extremo de la unidad y
soporta el vástago pulido mediante un cable de acero. En el otro extremo
están la biela, manivela y la caja reductora.
1.1.1.2.1 Clasificación de las unidades de Bombeo. Las unidades de
bombeo o balancines se diseñan con geometría de palanca clase I y de
palanca clase III, sin embargo, los primeros pueden ser: serie A, serie B o
serie C, (un tipo adicional serían los de serie M que son diseñados con una
geometría de palanca clase II y que consideran adicionalmente el torque).
Esta nueva nomenclatura con letras hace referencia a la geometría de la
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viga. Así los aparatos serie A se construyen con los brazos de la viga
principal de la misma longitud, con lo cual la carrera de la cabeza de caballo
es el doble del radio R de la manivela. Los aparatos serie B y C se
construyen con la dimensión desde el cojinete central al eje del pozo de
mayor longitud que el brazo posterior de la viga, con el objeto de aumentarle
la carrera al aparato.
El aspecto físico o tipo de balancín esta dado por la clase palanca y el tipo
de balanceo. Los de clase I pueden estar balanceados en la viga o en la
manivela y los de clase III en la manivela o por aire.
Otro factor para identificar un balancín corresponde al tipo de balanceo, de
acuerdo al cual se tiene:
A: Balanceada por aire (Air Balanced).
B: Balanceada en la viga (Beam Balanced).
C: Balanceada en la manivela o Convencional (Cranck Balanced).
M: Unitorque Mark II.
Unidades balanceadas por aire.
Este tipo de unidades posee las siguientes características:
Un tanque cilíndrico ubicado frente a la unidad aloja un pistón y un
cilindro de aire. La fuerza que ejerce el aire comprimido en el cilindro
se utiliza para contrapesar la carga del pozo.
Para evitar escape de aire entre el pistón y el cilindro se dispone de
un depósito de aceite al tope del pistón que actúa como un sello de
aire.
25
Para hacer que el sistema de presión llegue a un nivel de trabajo se
utiliza un compresor de aire auxiliar a fin de controlar y mantener la
presión del aire dentro de un rango preestablecido.
Las unidades balanceadas por aire son estructuralmente distintas de
las unidades convencionales debido a que los brazos de la manivela
están conectados entre el punto de carga y el punto de apoyo del
balancín mientras que la unidad convencional tiene el punto de apoyo
entre la carga y los brazos de la manivela.
Permiten una mayor longitud de carrera del vástago pulido que si se
utilizara una unidad convencional del mismo tamaño.
Son aproximadamente 35% más pequeñas y 40% más livianas que
las unidades de balancín convencional que prestan un servicio
equivalente.
El costo inicial es mayor que las unidades de bombeo convencionales,
pero su uso es interesante en muchas aplicaciones especiales.
El uso de aire comprimido en lugar de pesas permite controlar mejor el
contrapeso; el peso de la unidad se reduce aproximadamente 40% y los
costos de transporte e instalación disminuyen considerablemente.
Existen unidades de este tipo de hasta 3648000 Lb-pulg. y carreras de hasta
300 pulg. de longitud. Estas unidades son especialmente indicadas para
plataformas costa afuera, en las que el espacio es reducido; debido a que
las cargas quedan en el plano vertical, se eliminan las fuerzas dinámicas
horizontales que se presentan con las unidades convencionales.
Debido a que el reductor está colocado entre el poste maestro y el pozo, se
pueden utilizar manivelas más cortas reduciendo el “factor torque” de la
unidad, que es simplemente un número que multiplicado por la carga sobre el
vástago menos el contrabalanceo da como resultado el torque requerido por
el reductor. Este número varía durante las diferentes posiciones de la
26
rotación de la manivela y generalmente se considera su valor máximo el cual
ocurre a 75 grados del punto muerto superior y casi siempre es algo mayor
que la mitad de la carrera del vástago. Una unidad con geometría “perfecta”
tendría exactamente la mitad de la carrera como su factor de torque.
El factor G de una unidad es la relación de la mitad de la carrera dividido por
el factor de torque máximo y representa la medida de la eficiencia de la
geometría de la unidad.
Al analizar un sistema de bombeo es necesario suponer que el movimiento
es armónico simple.
Otra de las condiciones que en numerosas ocasiones se ha comprobado y
que presenta este equipo es que bombeando en similares condiciones de
velocidad, largo de la carrera y el mismo tamaño del émbolo de la bomba,
una unidad balanceada por aire produce más que la unidad convencional, a
continuación se citan algunos de los factores que influyen en esto y son los
siguientes:
Una razón se debe a que como la aceleración y la velocidad son
menores en el recorrido inferior, la bomba tiene más tiempo para su llenado.
Esta condición se torna más importante cuanto más pesado y viscoso es el
petróleo.
Más de la mitad del recorrido vertical se efectúa en la mitad de la
carrera descendente. Es decir, que el máximo de la velocidad se produce en
menos de la mitad del tiempo del recorrido descendente. Como el resto de la
carrera descendente se efectúa en más de la mitad del tiempo, hay un
intervalo más largo para que la inercia de las varillas haga bajar el émbolo a
mayor profundidad. La elasticidad de la sarta de varillas hace posible el
sobrerrecorrido de tal manera que se consigue un desplazamiento efectivo
de la bomba más alto.
27
El inconveniente que presentan estas unidades respecto a las
convencionales es que requieren un mantenimiento más intensivo por
personal especializado lo que redundará en un mayor costo de operación..
Unidades Unitorque Mark II
Por su singular forma y contrapeso, este tipo de unidad reduce los picos de
torsión y en muchos casos, cuando se usa debidamente requiere menos
caballaje. La forma poco común del Mark II redunda en una carrera
ascendente más rápida a aceleración baja, donde la carga es más alta, lo
cual resulta en menores cargas máximas y en más duración de las varillas de
bombeo.
La carrera ascendente disminuye la aceleración donde la carga es más alta y
reduce así la carga sobre el vástago pulido. Al encontrarse el travesaño
compensador en la posición mencionada, se obtiene una ventaja mecánica
menor para la carga reducida de la carrera descendente, es decir, baja el
factor máximo de torsión.
Figura 1. Unidad de Bombeo Mark II.
28
Unidades Convencionales
La unidad convencional balanceada por manivelas es la más universal,
conocida y popular utilizada en los campos petroleros, de fácil manejo y
mantenimiento mínimo. En este tipo de balancín la rotación de las manivelas
origina que la viga principal oscile y mueva hacia arriba y hacia abajo al
vástago pulido.
Para muy diversas condiciones de bombeo en las que la confiabilidad, y la
sencillez son factores primordiales, la unidad convencional ha sido siempre la
preferida. Un limitante para este tipo de unidades es que su tamaño aumenta
notablemente en función de la producción a extraer.
Figura 2. Unidad de Bombeo convencional.
29
Clasificación de Balancines por Tamaño
Esta clasificación se realiza basándose en el tamaño de los aparatos y se
fundamenta en los tres parámetros que gobiernan a las unidades de bombeo:
Torque máximo en la caja reductora (en el eje de la manivela).
Valor en miles de libras acompañado de una letra que indica
el tipo de reducción.
Capacidad máxima de carga estructural.
Valor en cientos de libras.
Carrera máxima disponible.
Valor en pulgadas.
El API establece que la nomenclatura para identificar un balancín debe
considerar los tres factores señalados anteriormente, además del tipo de
unidad de bombeo.
Vale la pena resaltar, que el tipo de unidad de Bombeo mecánico de los
campos petroleros “Ing. Gustavo Galindo Velasco”, en su mayoría son
Convencionales y las marcas más usadas son Lufkin, American Betlehem,
Emsco, entre otras.
1.1.2 Equipo de subsuelo. Constituye la parte esencial de este sistema,
está restringido por el diámetro de la tubería de revestimiento, y esto puede
representar limitaciones a su diseño. Transmite la energía necesaria para
levantar fluido del pozo, sirviendo como elemento conector entre la cara del
pozo y la unidad de superficie. Sin este equipo sería imposible la extracción
del fluido de un yacimiento, cuya energía no es la suficiente para producir por
flujo natural.
Básicamente está conformado por:
30
La bomba de subsuelo.
La sarta de varillas.
Tubería de producción.
Otros accesorios.
1.1.2.1 La bomba de subsuelo.
1.1.2.1.1 Definición. La función de la bomba de subsuelo es levantar
fluido desde el nivel del pozo hasta la superficie e impulsarlo por la línea de
flujo hasta el punto de recolección. Básicamente las bombas de subsuelo
utilizadas son bombas de barril y se dispone de muchas variaciones en los
diseños de los diferentes elementos de la misma. De acuerdo a las
condiciones de los pozos se utilizará alguno de los tipos de bombas de
subsuelo disponibles
1.1.2.1.2 Funcionamiento. En la carrera ascendente el peso del fluido en el
tubing cierra la válvula viajera, siendo el fluido almacenado en el barril
desplazado por el pistón hacia la superficie; creando una depresión sobre la
válvula fija, ocasionando la apertura de la misma y por consiguiente el
ingreso de fluido desde el revestimiento al interior del barril. En la carrera
descendente el fluido contenido en el barril ejerce una presión contra el
pistón que baja, provocando la apertura de la válvula viajera y el cierre de la
válvula fija, pasando el fluido contenido en el barril hacia la parte superior del
pistón, hasta llegar al punto muerto inferior. En ese momento comienza la
carrera ascendente volviendo a cumplirse el ciclo.
1.1.2.1.3 Elementos principales. Básicamente los elementos que
conforman la bomba son cuatro y son:
31
Barril.
Pistón.
Válvula fija.
Válvula viajera.
Anclaje de fondo.
1.1.2.1.3.1 Barril. Existen diferentes tipos de barriles para bombas de
subsuelo, estos pueden ser estacionarios o móviles, de paredes delgadas
para pozos someros a medianamente profundos o paredes gruesas para
mayores profundidades, con anclaje de fondo o anclaje superficial, barriles
tipo cámara (tubing) o tipo camisa (liner).
1.1.2.1.3.2 Pistón. Los pistones para bombas de subsuelo pueden ser de
acuerdo a su configuración lisos, de copa, de sucesión de anillos, estriados,
etc. Y de acuerdo al material se clasifican en metálicos y no metálicos.
Algunas características importantes son: Los pistones metálicos son de
redondez precisa en la superficie exterior y pueden ser de acero, cromo o
níquel plateado y metal pulverizado (aleación de boro, cromo y silicio). Estos
últimos son recomendados para condiciones abrasivas pero donde no
existan problemas de ácido sulfúrico
Los pistones de copa comúnmente se utilizan en barriles con bombas de
tubería de producción. Comúnmente se fabrican las copas de lona
impregnada de brea, caucho o plástico. La aplicación de estos pistones está
restringida a poca profundidad y han ido desapareciendo del mercado.
Los pistones de composición de anillos consisten en un número grande de
anillos de tela y caucho en ranuras individuales cortadas en un mandril de
32
metal. Tampoco son muy recomendables a menos que sea para poca
profundidad. La longitud de un pistón puede determinarse fácilmente
aplicando una regla empírica que determina un pie de pistón por cada 1000
pies de profundidad. Una longitud de 6 pies es satisfactoria para más de
6000 pies.
1.1.2.1.3.3 Válvulas. Las válvulas en una bomba de subsuelo son partes
críticas; cada válvula debe operar con cada carrera de la bomba,
alternadamente, así la válvula fija permite el llenado del barril y la válvula
viajera la descarga del fluido, abriendo con la restricción mínima de fluido y
cerrando para no permitir pérdidas. Fallas en las válvulas son la causa más
común de fallas en las bombas. La especificación 11AX del API para válvulas
de bola y asiento no especifica los materiales de manufactura, sin embargo,
solo se controlan las tres dimensiones. La bola y el asiento son hechos como
un par, y la bola y asiento de una válvula no debe ser intercambiada con la
bola y asiento de otra válvula. El diseño API para válvulas de bola es el más
comúnmente utilizado en bombas de subsuelo.
Para prematuro desgaste de válvulas en pozos con problemas de arena se
recomienda utilizar válvulas y asientos de mayor dureza como son los de
carburo de tungsteno o también un doble juego de válvulas y de esta manera
aunque se deposite arena en una de las válvulas, el cierre será asumido por
la otra, evitando una violenta descarga de fluido a través de la primera
incrementando la vida útil de la bomba.
1.1.2.1.3.4 Anclaje de fondo. Otro elemento que puede considerarse como
parte constitutiva adicional de las bombas de subsuelo es el anclaje de
fondo. Su función es anclar y sellar la bomba a la tubería de producción y
puede ser del tipo copas y del tipo mecánico. El primero utiliza plástico o un
material similar para que funcione como sello y el segundo se utiliza para
33
condiciones extremas de temperatura donde el de copas no es
recomendable.
1.1.2.1.4 tipos de bombas de subsuelo. Se las puede clasificar en dos
grupos principales que son las bombas insertables (insert pumps) y las
bombas de tubería de producción (tubing pumps).
1.1.2.1.4.1 Bombas insertables. Son aquellas que van introducidas en la
tubería de producción y conectadas a la sarta de varillas, usualmente el
barril, el pistón y las válvulas se fabrican en un solo ensamblaje y la bomba
se ancla en el niple de asiento. Se clasifican asimismo de acuerdo al barril:
Barril estacionario y anclaje superior
Barril estacionario y anclaje inferior
Barril viajero y anclaje inferior
1.1.2.1.4.2 Bombas de Tubing El barril de la bomba se instala como una
parte integral de la sarta; el émbolo se corre y se recupera mediante un
dispositivo que se encuentra instalado en la parte inferior del pistón. Tienen
la ventaja de poseer mayor desplazamiento para cualquier diámetro
específico de tubing. Adicionalmente, en caso de problemas con la bomba es
necesario sacar completamente la tubería de producción.
1.1.2.1.5 Selección de la Bomba de Subsuelo. En el diseño y operación
de un sistema de bombeo mecánico, una de las primeras y más importantes
consideraciones es la selección de la bomba de subsuelo. Esto quiere decir,
la selección del tamaño de la bomba, longitud de la carrera y los golpes por
minuto para proveer la tasa de producción deseada, además de la selección
de un adecuado diseño de bombeo, lo cual garantizará una operación
34
confiable con un mantenimiento mínimo, de acuerdo a las condiciones
existentes en los pozos.
En los inicios de la industria petrolera era sencillo seleccionar una bomba
subsuperficial porque la consideración más importante entonces era
maximizar su tamaño de acuerdo al del tubing. Existía solo un diseño
disponible que era una bomba de tubing con un soft-pack. Con el devenir del
tiempo y cuando la profundidad de los pozos llegó a ser un factor a
considerarse, se comenzaron a utilizar las bombas insertables y crecieron en
número las diseñadas para ofrecer un trabajo más eficiente para diferentes
condiciones en el pozo.
1.1.2.1.6 Bombas más usadas en el campo. Tipo RHA
Este tipo de bomba se desempeña bien en pozos que producen arena. El
dispositivo de anclaje permite que el barril de la bomba actúe como un ancla
de gas y su longitud puede ser restada de la longitud del ancla de gas que
necesite el pozo.
Como la válvula viajera está suspendida del barril y este último esta sujeto al
mecanismo de ensamblaje de fondo de la bomba, la carga de fluido en la
carrera descendente someterá al barril a una condición de carga, y de igual
manera en la carrera ascendente el barril soportará presiones que tienden a
hacerlo estallar, lo cual limita la profundidad a la cual se puede bajar la
bomba.
35
Tipo RWA
Es usada bajo condiciones de operación menos severas que las que se
presentan cuando se utilizan las bombas del tipo RHA. Tienen todas las
características de las anteriores a excepción que la pared del barril es más
delgada lo que favorece la capacidad de producción debido a que pueden
correrse en tuberías de producción de diferentes tamaños dando una mayor
capacidad de producción y disminuyendo los costos.
Tipo RWB
Es una buena elección para pozos con alto GOR. Se adapta a bajos
volúmenes de producción del pozo debido a que ambas válvulas están cerca
del niple de asiento y el fluido viaja la distancia más pequeña para ingresar
en la cámara de desplazamiento de la bomba. Se recomiendan para
profundidades de bombeo moderadas, no son recomendables para pozos
productores de arena y para pozos con problemas de escala.
1.1.2.2 Sarta de Varillas de Succión. Es usada para transmitir el
movimiento y la potencia de la unidad de bombeo a la bomba de subsuelo,
son fabricadas de acero y en fibra de vidrio y las combinadas, que conservan
la propiedad del material de fabricación. La industria clasifica las varillas de
acero en grados A, B, C, D, y E dependiendo de la resistencia a la carga.
Son fabricadas de acuerdo con el API en tamaños desde 3/8” y en tamaños
mayores. Ver la tabla 4.3 API RP 11l, sobre datos de varillas de succión.
36
1.1.2.3 Tubería de producción. La tubería de producción en un pozo de
bombeo, es el medio para transportar el fluido a la superficie y para
soportarlo mientras la bomba baja a recoger otra carga. En la mayoría de las
instalaciones de bombeo, cuando la profundidad de la bomba no excede los
5000 pies, la tubería es suspendida por el cabezal. A profundidades
mayores, la tubería debe anclarse. Se fabrican en tamaños de 1.9”, 2 3/8”, 3
½”, 4”, y 4 ½”. Ver tabla 4.2 del API RP 11L sobre datos de tubería de
producción.
1.2 FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN PARA BOMBEO MECÁNICO
Este método consiste en levantar fluido desde el fondo del pozo hacia los
tanques de recolección o a una estación de producción por medio de una
bomba de subsuelo ubicada en el fondo del pozo cuya energía es
proporcionada por un balancín o equipo de bombeo en superficie y es
transmitida por medio de una sarta de varillas a la bomba. El fluido levantado
es transportado por la tubería de producción o tubing y luego por las líneas
de transferencia hasta el tanque o separador según como estén configuradas
las facilidades de superficie.
La bomba va fijada en el extremo inferior de la columna de producción,
(tubing) que va acoplada o asentada en una parte de la tubería llamado
“asiento de válvula” o “niple de asiento”.
Está formada por una camisa de gran longitud (12’a 24’) con una válvula de
bola, en un extremo inferior, llamada válvula fija (“standing valve”). El pistón,
que se mueve verticalmente en su interior tiene una longitud que oscila entre
2 a 8 pies (Figura1-1), es hueco y también tiene una válvula de bola en el
extremo inferior, llamada válvula viajera (“traveling valve").
37
En el movimiento ascendente del pistón, el fluido que está en su interior más
todo lo que está por encima de él se eleva, llegando a superficie, a la vez que
por debajo de la válvula del mismo, se está produciendo el llenado de la
camisa, debido a la depresión que se produce, ingresando entonces, el fluido
por la válvula fija (Figura 1-2). En la carrera descendente del pistón, la
válvula fija se cierra y se produce la apertura en la válvula viajera
transfiriendo el fluido que estaba en la camisa, al interior del pistón (análogo
al cilindro de un motor), completándose así el ciclo.
Figura 4. Diagrama de una instalación típica de Bombeo Mecánico.
Té de Prensa
Cabeza de
Estro
Grampa y
Vástago cromado
Al tanque
Vent
Anclaje
Válvula
Válvula de
38
El movimiento del pistón, es transmitido desde la superficie, por una sarta de
varillas de acero, con una longitud unitaria entre 6,00 m (20 pies) y 7,00 m
(25 pies), enroscadas unas con otras, formando la mencionada sarta, que va
desde la bomba hasta la superficie.
Figura 5. Representación de un ciclo de bombeo.
39
2. HERRAMIENTAS DE REGISTRO Y CONTROL PARA EL ANÁLISIS Y SEGUIMIENTO DEL FUNCIONAMIENTO DE INSTALACIONES CON
BOMBEO MECÁNICO
Para hacer un buen control en el funcionamiento y en la producción de los
pozos con instalaciones de Bombeo Mecánico, se debe empezar por llevar
un registro diario completo de la producción de cada uno de los pozos en
estudio, para lo cual deben realizarse diferentes tipos de pruebas en cada
uno de ellos. Con base en los resultados obtenidos en las pruebas se
proceden a hacer los análisis y los correctivos necesarios para obtener las
mejores condiciones de operación de cada pozo; la evaluación de estas
condiciones de operación se pueden realizar mediante el uso de tres
registros fundamentales o pruebas, las cuales son:
Prueba de pozo (Producción).
Nivel de fluido.
Dinagrama.
Haciendo un análisis del funcionamiento del sistema por medio de las
mediciones de estas pruebas, se puede determinar por ejemplo, si el pozo
produce o no, si la bomba de subsuelo se encuentra sumergida, si las
válvulas de la bomba de subsuelo se encuentran trabajando bien, si el
contrabalance de la unidad es el adecuado, si hay problemas de gas, entre
otros muchos aspectos.
En un sistema de Bombeo mecánico, podemos haber realizado un buen
diseño en cuanto a la selección del equipo y algunas condiciones de trabajo
(como velocidad de bombeo, longitud de la carrera en el vástago, tasa de
producción, entre otras), pero esto no es suficiente si a la hora de poner en
40
funcionamiento la unidad, observamos fallas que harán que la unidad trabaje
con una menor eficiencia o que en poco tiempo quede fuera de servicio. Es
por tal razón que con la interpretación correcta de los resultados de las
mediciones de las pruebas mencionadas anteriormente, se verá si el diseño
adoptado de la unidad es correcto y si se adapta perfectamente a las
condiciones del pozo, además se pueden detectar posibles obstáculos y una
serie de anomalías y problemas y por ende poderlos corregir a tiempo.
En los campos petroleros “Ing. Gustavo Galindo Velasco”, existe el
departamento de mediciones físicas, a cargo del Sr. Fernando Gálvez, el cual
diariamente, con una programación previa, se encarga de hacerles un
seguimiento continuo a los pozos con Bombeo mecánico del campo,
realizando tales mediciones, usando como herramienta el Total Well
Management (TWM), el cual se explicará más adelante.
2.1 PRUEBAS DE POZO Las pruebas de pozo son diferentes maniobras de campo que se le hacen al
pozo para determinar como se está portando. Se aconseja que para que den
buenos resultados estas maniobras, es que se realicen de forma permanente
y muy de cerca en todos y cada uno de los pozos de interés. La frecuencia
de estas pruebas depende del tipo de pozo y de las facilidades instaladas en
superficie. Algunas de las principales maniobras que normalmente se
realizan son:
Controlar si el pozo “produce”.
Registrar y medir la producción.
Medir la presión del pozo.
41
2.1.1 Controlar si el pozo “produce”. Este es un control que se debe
efectuar varias veces al día. Esta maniobra se realiza simplemente abriendo
la válvula de chequeo que debe tener todo pozo en el puente de producción
(GRAFICA CABEZA DE POZO). Si el pozo no produce, habrá que verificar la
causa. Existen varias razones para que no produzca el pozo, siendo las más
normales las siguientes:
Bomba bloqueada por gas.
Bomba aprisionada.
La bomba no trabaja.
Falta de nivel en el pozo.
Las dos primeras fallas pueden ser detectadas por el operario con cierta
experiencia en el manejo del bombeo mecánico. Pero para las otras dos
fallas será necesario recurrir a los equipos especiales de medición, que son:
El Ecómetro.
El Dinamómetro.
Los cuales se describirán más adelante. Además de estas dos fallas, estos
equipos pueden detectar otras más no tan comunes.
2.1.2 Registrar y medir la producción. Este es otro control que se debe
efectuar con bastante frecuencia. “Medirle la producción” al pozo quiere decir
ponerlo a producir en un separador de prueba en la estación de bombeo y
medir la producción del pozo, llevando una estadística de la misma, para
poder observar de forma continua la evolución de la producción del pozo.
Cuando se note alguna disminución en su producción, inmediatamente se
tomaran los correctivos para restaurarla. Vale la pena decir, que la
42
producción obtenida en tanque se conoce como “producción bruta”. (FOTO
TANQUE DE RECOLECCIÓN DE CRUDO)
2.1.3 Medir la presión del pozo. Esta se realiza colocando un manómetro
en la válvula de chequeo y cerrando la válvula de la línea. Si el pozo está
produciendo y no levanta presión, es probable que el tubing esté roto. Si no
está produciendo, no es necesario efectuar la medición de presión y lo más
frecuente en este caso es “golpear el pozo”.
Golpear el pozo quiere decir hacer golpear el vástago pulido en el fondo de
su carrera descendente. Esto se consigue modificando la posición del
vástago cromado con la grampa de colgar, de modo que aquel se desplace
un poco hacia abajo. El objetivo de golpear el pozo, es librar la válvula fija de
la bomba, de un probable bloqueo por gas, o bien hacer salir alguna basura
que haya presente en alguna de las dos válvulas. Estos dos síntomas son
simples suposiciones, sin tener la certeza de ninguno de los dos. Pero con el
objeto de restaurar la producción del pozo, se debe comenzar con lo más
práctico y barato; es simple prueba y error.
43
Se deja golpeando el pozo un tiempo, que puede variar entre algunos
minutos y un par de horas, luego se debe corregir el bombeo. Si con este
tratamiento no se restaura la producción en un par de horas, habrá que
atacar el problema más drásticamente. La primera operación que habrá de
efectuarle al pozo es un dinamómetro. De acuerdo al resultado de este, el
cual se analizará detenidamente, se verá la necesidad de intervenir el pozo
con un equipo de Pulling (Varilleo), para cambiar la bomba. (Ojo diagrama de
flujo operación BM)
2.2 NIVEL DE FLUIDO Es la profundidad a la cual se encuentra la columna de fluido producido por el
yacimiento en el pozo. Este se puede medir con el Ecómetro o Sonolog.
2.2.2 Ecómetro. También llamado Sonolog, es un instrumento que
aprovechando la propagación del sonido en un medio elástico,
determina el nivel de líquido dentro de un pozo.
El principio básico de este aparato consiste en generar dentro del pozo,
desde la superficie, una onda sonora de alto nivel acústico inyectando gas
carbónico, CO2, por una válvula en el espacio anular, y dicha onda es
seguida simultáneamente por un micrófono anexo al equipo. El sonido
avanza a través del pozo a una determinada velocidad y cada vez que pasa
sobre una unión de tubing (“cupla”) se produce una reflexión (eco) que es
detectada por el micrófono instalado en una salida del revestimiento. Cuando
la onda sonora llega al líquido, se produce un fuerte rebote de la misma, el
que también es detectado por el micrófono. Todo este proceso es grabado en
44
superficie por un registrador (decodificador digital de señales acústicas). Es
decir que cuando la onda llega al nivel se produce un eco total de la misma,
que producirá una defección mayor en un microamperímetro y señalará el
nivel de líquido.
La onda es generada por el disparo de un cartucho de fogueo. Además para
efectuar la medición es necesario detener el bombeo, ya que este produce
ruidos y pueden ser detectados por el micrófono, por lo que la medición en
los pozos que tengan rápida recuperación se debe realizar en el menor
tiempo posible. La operación de toma de registro se esquematiza en la figura
6. Los resultados son presentados por medio de una computadora portátil
(figura 7).
Figura 6. Esquema de instalación del Echometer
45
Los resultados pueden ser obtenidos de acuerdo al modelo del analizador:
Mediante el modelo M se pueden presentar los datos por medio de un papel
que es registrado por una pluma, guiada por las deflexiones del
microamperímetro. Este papel debe ser proporcional a la profundidad de las
cuplas detectadas en el registro y luego multiplicando por la longitud
promedio de la tubería, dará como resultado el nivel. Este valor no es exacto,
pero su error nunca es superior a un par de metros, oscilando entre el 1 y 2
% para pozos superiores a los 4000 pies de profundidad, y aumentando el
error a medida que los pozos son menos profundos.
Un punto importante a considerar al hacer esta medición es que toda la
tubería bajada sea aproximadamente de la misma longitud, por lo menos del
mismo rango, dado que este sistema no mide, sino que cuenta las uniones
entre la tubería.
2.2.2 Toma de Niveles de Fluido. Para la toma de niveles de fluidos en los
pozos del campo se utilizó el Echometer denominado “Well Analyzer
Model” que es un modelo y un software.
El programa debe considerar muchos parámetros para garantizar la precisión
de la medición, este muestra sus resultados de una manera gráfica como se
muestra en la figura 8.
46
Figura 7. Gráfico del equipo y la señal acústica del programa.
Figura 8. Gráfica que muestra los resultados del nivel de fluido. Donde
se bosqueja la configuración del pozo y su nivel.
47
2.3 DINAGRAMA.
Es un instrumento indispensable cuando se utiliza bombeo mecánico como
levantamiento artificial. Éste registra y mide en forma continua las cargas y
las deformaciones que soporta el vástago pulido y como resultado muestra
las cartas dinamométricas correspondientes que deben ser interpretadas
para determinar los problemas que existen en el fondo del pozo y dar las
soluciones pertinentes.
El gráfico final representa la Carga vs. Carrera y se obtiene conociendo la
carrera correspondiente del vástago del balancín.
2.3.1 Cartas Dinamométricas. Si consideramos la sarta rígida, esto es, si
al aplicarle una carga no se estira, como si estuviera el vástago directamente
conectado con el pistón de la bomba, se obtendría un gráfico como el de la
figura 9.
Figura 9. Carta dinamométrica ideal
4 1
2 3
W1
W2
PM1 PM2
48
Suponiendo que la columna de la tubería de producción está llena y la
bomba de subsuelo posee buena sumergencia se analiza lo siguiente:
Punto 1: Una vez que se inicia el movimiento ascendente del vástago pulido,
se cierra la válvula viajera y toda la carga del fluido que estaba sobre la
válvula fija, está ahora soportada por las varillas y el vástago.
Antes de iniciar el movimiento, la carga sobre el vástago era W1, es decir, el
peso de las varillas sumergidas en líquido. Un instante después, cerrada la
válvula viajera (TV), la carga en el vástago será el peso de las varillas más el
peso del líquido, es decir W2.
Punto 2: Completa su carrera transportando el fluido de una longitud de
carrera a un valor constante de carga.
Punto3: Completa el aparato su carrera de ascenso, llegando al punto
muerto superior y teniendo todavía la carga de varillas más la carga de
líquido. Un instante después, cuando el vástago apenas inicia su descenso,
se cierra la válvula fija (SV). En este momento se transfiere la carga del
líquido al tubing, quedando sobre el vástago solamente la carga de varillas
(W1).
Punto 4: Completa su carrera descendente del vástago, impulsando el pistón
de la bomba hacia abajo y completando el ciclo en el punto 1.
El peso de las varillas es W1 y el peso del líquido es W2-W1=Wf. El trabajo
que realiza el aparato es A-2-3-B y el que realiza la bomba es: 1-2-3-4. La
diferencia entre la primera y segunda carrera se debe al trabajo necesario
para mover las varillas.
49
Dado que las varillas no son rígidas, como son elásticas se estiran, parte de
la carrera ascendente se ocupará en estirar las varillas, sin elevar el pistón
de la bomba. Superada la deformación elástica, comenzará a moverse el
pistón (punto 2’ figura 10). Algo similar ocurrirá con el punto 4. Cerrada la
válvula fija el pistón no comenzará a moverse inmediatamente, sino que
parte de la carrera se ocupará en acortar las varillas y el punto 4, pasará a
ocupar el lugar 4’ y el pistón recién empezará a moverse.
Es decir, que del ciclo original 1-2-3-4, se pasa al 1-2’-3-4’ donde se puede
observar que el trabajo de la bomba es menor, no obstante el del aparato es
casi el mismo que antes. Esto no indica que la eficiencia mecánica del
sistema ha disminuido.
Figura 10. Carta dinamométrica considerando efectos de acelerado
W2
W1
PM1
PM2
4’4
3 2’
1
2
50
Además tendremos que las válvulas nunca accionan instantáneamente,
demandando un cierto tiempo para cerrarse. Por lo que el gráfico de la figura
10 se transforma en el gráfico de la figura 11.
Figura 11. Carta dinamométrica considerando acción de las válvulas
A esto hay que agregarle que siempre dentro de la bomba habrá una cierta
cantidad de gas libre que impedirá que la válvula viajera se abra
instantáneamente, siendo necesario llegar a la presión de disolución del gas
del petróleo, dentro de la bomba, para que aquella se abra y la S.V. se
cierre, en la carrera descendente, obteniéndose ahora un gráfico como el de
la figura 12.
51
Figura 12. Carta dinamométrica considerando efectos de presión de gas
Notemos que el máximo impulso que se imprime a la sarta de varillas es
cuando el vástago inicia su carrera ascendente. Esto aumentará la carga en
el punto 2 (figura 3-7) por efecto de la inercia producida por la aceleración del
aparato de bombeo que actúa de acuerdo a la siguiente relación:
+∗∗=
112 rrWamax
Algo similar ocurre cuando el vástago está en su punto muerto superior e
inicia su carrera descendente. En este momento, la aceleración es hacia
abajo, por lo que hará disminuir la carga en el punto 4. De este modo,
obtendremos un gráfico como el de la figura 13 que representa más o menos
un dinagrama real.
41
2 3
W1
W2
52
Figura 13. Representación de diagrama real
Ahora los valores topes de las cargas graficadas, esto es, lo que antes era
W1 y W2 no son más las cargas de las varillas y el fluido respectivamente,
sino que estas cargas topes se ven afectadas por el efecto de impulsos y
pasan a serán Wmín. y Wmáx. según corresponde.
2.3.2 Toma e interpretación de Cartas Dinamométricas. Se ha
determinado que la toma de cartas dinamométricas es útil para detectar los
problemas que existen en el campo cuando el sistema de bombeo mecánico
no produce y también para encontrar las posibles soluciones. La
interpretación consiste en un análisis cualitativo de la carta donde además se
Wmax W2
W1 Wmin
PM PM
1
4
3
2
53
pueden jugar con algunos parámetros de diseño. Por lo tanto, cualquier
variación de alguno modificará la carta dinamométrica correspondiente.
Existe una serie de síntomas que permiten confeccionar un diagnostico
eficiente al pozo que se estudia complementándose en la mayoría de los
casos con la medición de nivel usando el ecómetro.
Dentro de los síntomas más comunes en los campos petroleros,”Ing.
Gustavo Galindo Velasco” se tienen los siguientes:
Pérdida de fluido por las válvulas.
Pérdida por tubería de producción o tubing roto.
Varillas rotas.
Bomba embastonada por presencia de escala
Golpe de fluido.
Golpe de Gas.
Bloqueo de la bomba por gas o candado de gas.
Pérdidas en válvulas. Como se dijo en un capítulo anterior se
produce cuando el desgaste una o ambas válvulas ocasiona que no
exista un cierre perfecto y se produzca un medio de comunicación
entre la columna de fluido y el fondo causando que el fluido levantado
se regrese, la carta típica de pérdidas presenta concavidades de 2 a 4
y de 3 a 1 como se muestra en la figura
54
Pérdida de producción por tubing roto. Cuando en la carta
dinamométrica se observa que se produce un perfecto llenado en la
bomba, es decir, que la forma de la carta sale normal y el pozo no
produce o no tiene la presión suficiente para que su producción
avance a la estación o al tanque, existe la posibilidad de que exista
una fuga por rotura del tubing, pero se puede verificar con mayor
precisión realizando una prueba de hermeticidad, la carta típica se
presenta en la figura
Varilla Rota. Esta carta es muy evidente porque la bomba no trabaja
y por lo tanto el área de trabajo de la misma es nula, debido que está
totalmente desconectada y el trabajo que se realiza es simplemente
levantar la sarta de varillas. La carta típica tiene la forma que se
observa en la figura
Bomba embastonada por presencia de parafina. Se debe muchas
veces a la suciedad del fondo del pozo, cuando el fluido es de origen
parafínico se acumula y se solidifica en los componentes de la bomba:
barril, pistón y las válvulas causando presión y atascamiento de la
bomba impidiendo el normal funcionamiento de la misma.
Golpe de fluido Por lo general existen diseños en los que la
producción no se equipara con la restauración del pozo y se puede
55
presentar un golpe de fluido por no poseer un buen nivel en el pozo,
es decir que el pistón no se llena en su totalidad y cuando el pistón
baja pega un golpe fuerte en el fluido. La carta típica de este problema
es como en la figura.
Golpe de Gas Se produce debido a que existe gas disuelto por
debajo de la succión de la bomba, donde buena parte de la carrera
del pistón se ocupa en comprimir gas. El dinagrama característico se
muestra en la figura.
Bloqueo o candado de gas. También se mencionó anteriormente; la
carta dinamométrica típica se muestra en la figura se produce cuando
la cantidad de gas libre es tal, que la presión que se levanta dentro de
ella no alcanza a superar la presión de disolución del gas en el
petróleo. De tal manera que al subir el pistón se va a expandir la
mezcla del petróleo y gas, al bajar nuevamente se va a comprimir,
como si estuviera trabajando un resorte dentro de la bomba.
2.3.3 Cartas dinamométricas típicas. A continuación se muestran
diferentes casos típicos de cartas dinamométricas, y el respectivo problema
que representan, tomados con el software TWM. Se muestra primero la carta
de superficie y después la carta de la bomba respectivamente.
56
Figura 14. Carta Dinamométrica mostrando Golpe de Fluido.
57
Figura 15. Curva típica por pérdida en válvulas
58
Figura 16. Carta dinamométrica mostrando, varilla rota
59
Figura 17. Carta dinamométrica que representa bomba embastonada.
60
Figura 18. Carta Dinamométrica que representa Candado de Gas.
61
3. OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE PRODUCCIÓN
POR BOMBEO MECÁNICO DE LA SECCIÓN 67.
3.1 GENERALIDADES DEL CAMPO. 3.1.1 Ubicación Geográfica. El bloque ESPOL-PACIFPETROL, el cual es
un conjunto de yacimientos, denominado “Campos Petroleros de la
Península de Santa Elena, Ing. Gustavo Galindo Velasco” se encuentra
ubicado en la Península de Santa Elena, al sudoeste de la provincia del
Guayas, República del Ecuador.
.
Sus límites son:
Al norte se encuentra el bloque I, operado por la compañía
Tripetrol.
Al este, por el bloque IV.
Al sur y al oeste por el Océano Pacífico.
Estos campos petroleros se encuentran ubicados a 130 Km. al oeste de la
ciudad de Guayaquil. El bloque tiene una extensión de 1200 Km. cuadrados,
correspondiendo el 55% a la porción costa adentro (onshore), con 660 Km.
cuadrados y el 45% restante, es decir 540 Km. cuadrados, al área costa
afuera.
En este bloque se han perforado aproximadamente 2900 pozos, con una
producción máxima de 7300 BOPD, alcanzada en 1961. (Informe CEPE
1985). El principal yacimiento es el campo Ancón, que produce de
yacimientos de edad Terciaria, habiendo acumulado hasta el presente 110
62
MMB (95% de la producción acumulada total de la Península). El 5%
restante (6 MMB) proviene de un conjunto de pequeños yacimientos, cuya
producción proviene de yacimientos de edad Cretácica (Santa Paula,
Achallan, Petrópolis, Carolina, San Raymundo, Cautivo).
Figura 19. Ubicación geográfica de los campos (Ing. Gustavo Galindo Velasco)
63
3.1.2 Breve Reseña Histórica. Los campos petroleros de la Península de
Santa Elena, han sido los primeros productores de petróleo del Ecuador. La
aparición de petróleo en la Península, ha sido conocida desde tiempos
prehispánicos, ya que los indígenas de la zona y posteriormente, los
conquistadores utilizaban el petróleo y arenas bituminosas provenientes de
los numerosos manaderos de gas y petróleo que se encontraban en la región
(La libertad y Baños de San Vicente). Estos resumideros de hidrocarburos,
despertaron hacia principios de siglo, el interés de empresas Británicas,
constituidas como Ancón Oil Company, lo cual, inicio el descubrimiento de
estos campos, que con fines comerciales, fueron descubiertos en 1916, el
primer pozo fue perforado en 1911, llamado ANC-1, localizado en las
proximidades de la localidad de Anconcito, con una profundidad final de 2116
pies y su producción provenía de la formación Socorro. Hacia 1917, 2
empresas se dividían mayoritariamente las concesiones. En la zona sur de
la Península de Santa Elena, el operador más importante fue Anglo-
Ecuatorian Oildfields Ltd (AEO) que explotó los campos de Ancón, hasta
1964, pero la explotación fue declarada como comercial en el año de 1921.
El 75% del área correspondió a la Anglo Ecuatorian Oilfields Co y el resto se
entregó a otras concesiones más pequeñas. La AEO operaba lo que es hoy
actualmente el campo Ancón. En la zona norte se encontraban un conjunto
de pequemos campos, operados por una compañía también de origen
Británico, Ecuador Oildfields Ltd., que descubrió en 1934 el campo Tigre, en
cercanías de Ancón. Las propiedades de esta compañía fueron transferidas
en 1951 a la Manabí Exploration Co. (MEC) las que a su vez fueron
adquiridas en 1958 por Tenesse Ecuador (TenEc.). Después, todas las
áreas de la zona norte en 1963 fueron cedidas a Cautivo Empresa Petrolera
Ecuatoriana (CEPECA).
Otros operadores minoritarios fueron: International Petroleum Co. (Campos
Carmela, Matilde y Tambo), Carolina Oil Company (campos de Santa Paula,
Carolina y Petrópolis) y varios concesionarios independientes.
64
En el período comprendido entre 1930 y 1960 se llevaron a cabo los mayores
esfuerzos exploratorios, perforándose varios pozos exploratorios,
realizándose líneas sísmicas de reflexión y refracción, trabajos gravimétricos,
entre otros; se suspende la actividad exploratoria en 1961, concentrándose
solamente en la producción de los campos.
Entre los años 1973-1976, se produjo la reversión total de los campos al
Estado Ecuatoriano y la Corporación Estatal Petrolera Ecuatoriana CEPE,
comenzó a operar los yacimientos de la Península. CEPE se dedica
únicamente al mantenimiento y producción del campo, la cual declinó a 700
BOPD al final de su gestión en 1995, y durante ese período, no perforó pozos
exploratorios. En ésta época se registró líneas sísmicas con dinamita (CP-
4P), vibradores y marinas, pero solo fueron 13 Km. De una línea sísmica da
prueba y algunas líneas de relevamiento regional, a lo largo de los caminos.
En este período de tiempo, podemos concluir que a pesar de haberse llevado
adelante trabajos de investigación a partir de 1960, no se perforaron pozos
exploratorios, por lo que se ha mantenido la concepción geológica tradicional.
Después, mediante decreto ejecutivo N 2186 del 11 de octubre de 1994, se
suscribió un acuerdo entre Petroproducción y la ESPOL (Escuela Superior
Politécnica del Litoral), para el desarrollo de los campos de la Península,
llamado “Gustavo Galindo Velasco”.
La ESPOL, mediante lo estipulado en el artículo 3, del presente decreto,
convoca a licitación a las empresas nacionales y extranjeras para la
formación de consorcios, para la ejecución del contrato de servicios
específicos para la producción de hidrocarburos en los campos petroleros.
En abril de 1996, la ESPOL suscribió con la Compañía General de
Combustibles (CGC), un contrato de operación por 20 años del bloque de
producción y exploración.
A los 5 años de labores de la compañía, debido a la crisis económica vivida
en su país, esta compañía Argentina cayó en quiebra, quedándose
65
económicamente, incapacitada de seguir operando el campo, lo que obliga a
la ESPOL, a invitar a licitaciones, en la cual la compañía Pacifpetrol S.A., es
la que sale favorecida y es la que actualmente opera el campo.
Esta compañía es de capital Brasileño, y a manera de ilustración, opera en
Colombia, el campo Rubiales, en el departamento del Meta.
A la fecha se han producido cerca de 120 MMBO con una gravedad API
promedio de 36 y con una producción promedio a la fecha de 1400 BOPD.
Cabe notar, que la gran cantidad de empresas que participaron en la
exploración y desarrollo de la Península de Santa Elena, fue la causa
principal, para que la información geológica y de producción este
fragmentada e incompleta y que la nomenclatura estratigráfica utilizada en
los distintos campos genere confusión.
3.1.3 Geología del campo. 3.1.3.1 Generalidades. La geología del Ecuador y del Noroccidente de
Sudamérica, están marcados por la subducción de la placa de Nazca al
oeste, bajo la placa continental, al este. La costa del Ecuador ha sido
identificada como un terreno alóctono de origen oceánico, que se unió al
margen continental andino durante el Cretáceo tardío- Terciario temprano. El
área de estudio, ubicado en el levantamiento de Santa Elena ocupa una
posición frontal en el sistema de subducción de la placa de Nazca contra la
Placa continental sudamericana.
La península de Santa Elena ha sido estudiada geológicamente por mas de
80 años, sin embargo, la indefinición de un modelo geológico persiste, y hace
que aún, en la actualidad, se sigan desarrollando estudios, para continuar y
orientar la investigación geofísica de exploración sobre este bloque, así, que
podemos concluir que la geología de la península de Santa Elena es
bastante compleja. Los sedimentos provienen del levantamiento de los
66
andes en el terciario inferior medio. El área fue sometida a fuertes tensiones
compresionales y tensionales producidas por el efecto de subducción entre la
placa del pacifico y la del atlántico, dando origen a un fuerte fallamiento y
fisuramiento de los reservorios existentes.
3.1.3.2 Estructuras. La principal característica morfológica de la costa
cercana al área de estudio, es la cordillera Chongón – Colonche, en la que
afloran rocas del Cretáceo superior al Eoceno medio y presenta una
estructura homoclinal de rumbo N 110° y buzamiento 15° S. (ANEXO)
3.1.3.3 Estratigrafía. La Estratigrafía de los campos de la península, es
caracterizada por 4 secuencias sedimentarias. Un basamento de rocas volcánicas de edad cretácico inferior (Fm
Cayo/Piñón) Discordantemente sobre el mismo se dispone la formación
Santa Elena, cuya litología está compuesta por arcilitas silíceas, chert y
limolitas arenosas, con un espesor que varía entre 590 y 3860 pies en el área
Petrópolis y Santa Paula de edad cretácico superior
Grupo Azúcar: se dispone en discordancia sobre el cretácico y es
el principal productor de hidrocarburos en el campo Ancón. Esta
solo aparece al sur de la falla Chongón-Colonche, aunque el
contacto inferior no ha sido observado, es muy probable que este
sobre la formación Santa Elena, como sugiere el análisis de líneas
sísmicas. Por estudios micro paleontológicos, el grupo Azúcar está
comprendido entre el Daniano y la parte baja del Eoceno inferior.
El grupo Azúcar, comprende secuencias de areniscas y
conglomerados que contienen en menor proporción arcilla
guijarrosa. Se lo ha dividido en dos unidades básicas, la inferior,
67
llamada San José (arenisca lutítica) y la superior Atlanta (arenisca
conglomerática). Estos sedimentos fueron depositados por
abanicos submarinos debido a turbiditas de alta densidad, en un
ambiente nerítico a abisal y fueron deformados estructuralmente
por fallas y fracturas.
El espesor máximo se calcula en más de 7000 pies. La sección se
adelgaza hacia el norte y aflora hacia el este.
Grupo Ancón: está comprendido por las formaciones Passage
beds, Clay Pebble Beds, socorro, Seca y Punta Ancón. Este orden
es de base a tope. El Grupo Ancón se superpone al Grupo Azúcar
por discordancia. Su espesor promedio es de 1300 pies.
Litológicamente se trata de turbiditas típicas con alternancia de
areniscas tipo gravosas y lutitas.
La formación Passage Beds está formada por interestratificaciones
de areniscas y lutitas. El Passage Beds bajo, contiene
principalmente foraminíferos plantónicos que representan el final
de los restos preservados del ciclo sedimentario marino del
Paleoceno superior. El Passage Beds superior puede representar
la base conglomerática lenticular del ciclo sedimentario del
Lutetiano.
En la parte superior de la Fm Passage Beds se halla Clay Pebble
Beds, que consta de 2000 pies de lutitas con clastos intercalados y
capas contorneadas de areniscas guijarrosas, areniscas, lutitas,
chert, y limolitas. Estos representan grandes deslizamientos de
masa que indican la inestabilidad del sustrato. Esta formación
también es conocida como la arenisca de Santo Tomás.
68
La formación Socorro consiste de lutitas laminadas, arcillas y
areniscas de grano fino de un ambiente fuera de la plataforma
submarina, intercalado con gruesas capas de areniscas
turbidíticas. Las capas de deslizamiento de masas y turbiditas son
cercanas a la base y decrecen hacia arriba, sugiriendo una
disminución. La formación Socorro se pierde gradualmente dando
paso a la formación Seca. Las arenas se subdividen en las
llamadas S1 y S2.
La formación Seca presenta una secuencia de lutitas laminadas,
arcillolitas y margas que reflejan influencias estacionales y
climáticas. El incremento hacia arriba de bioturbación, contiene
fauna nerítica, que indican un ambiente poco profundo de la
plataforma submarina.
La formación Punta Ancón presenta areniscas gruesas macizas,
con estratificaciones oblicuas, existiendo bancos conglomerados y
lutitas, intercalados con moluscos y restos de plantas.
La formación Tablazo está compuesta de areniscas calcáreas,
coquinas y conglomerados finos, conteniendo abundantes
megafósiles, son depósitos Pleistocénicos, areniscas gruesas y
calizas arenosas. Se localizan en los mismos manantiales de
petróleo pesado (breas) usados para trabajos de pavimento.
Además, esta formación se encuentra afectada por la tectónica de
fallas cuaternarias.
Cabe destacar dentro de este Grupo Ancón, que las areniscas Santo Tomás
y las arenas S! Y S2de Socorro, son uno de los yacimientos más importantes
como productores de petróleo del campo Ancón.
69
La formación Santa Elena: aflora sólo en la península del mismo
nombre. Este ha sido considerada un equivalente estratigráfico de la
formación Guayaquil. Algunos afloramientos en la Península indican
que pertenecen al Cretáceo, aunque existen pruebas que muestran
que son del Paleoceno. Estos afloramientos fueron alterados y
fuertemente metaforizado, limitando cualquier estimación preciosa del
análisis sedimentológico, pero de acuerdo a la litología, ésta es
comparable a la de la formación Guayaquil. Sugiriendo un ambiente
deposicional similar.
3.1.3.4 Tectónica. El levantamiento Santa Elena se presento como una
unidad geológica emergente a partir de la reactivación del sistema de la Falla
La Cruz. Así se encuentra limitado al norte por la cordillera de Chongón-
Colonche, al noroeste por la falla La Cruz, al sur por el Graben de
Jambelí y al oeste por el Océano Pacífico. Un sistema de fallas sub-paralelo
a la falla La Cruz y otro perpendicular configuran un complejo fallamiento que
crea un micro-fracturamiento, el cual es el elemento fundamental en el
mecanismo de migración y drenaje del petróleo.
3.1.5 Ingeniería De Yacimientos. 3.1.5.1 Situación actual de la operación. Según la información proveniente
de la gerencia técnica de Ecuador se presenta a continuación un resumen
del número de pozos, estado de los mismos, producción actual, acumulada y
descripción de las instalaciones
POZOS Y ESTADISTICAS DE PRODUCCION:
Nro. pozos productivos: 742
Producción actual (Dic. 98):
70
PETROLEÓ + GASOLINA: 1338 BOPD.
AGUA: 657 BWPD.
GOR : 1148 Scf/bbl
Pozos perforados por CGC: 15 pozos (13 productivos)
Pozos reacondicionados: (W/O + otros): 336
Intervenciones (Pulling + Wireline): 2303
Estado de los pozos:
Abandonados: 81
Desconocido: 202
Productivos: 742
Suspendidos para Abandono: 862
Suspendidos para Producción: 822
Parados Transitoriamente: 120
TOTAL: 2829
Figura 20. Estado de los pozos a dic. del 98.
Estado Actual de Pozos
3% 7%
26%
31%
29%
4%
Abandonados: 81
Desconocido: 202
Productivos: 742
Suspendidos paraAbandono: 862
Suspendidos paraProducción: 822
Parados Transitoriamente:120
71
Figura 21. Estado de los pozos de acuerdo a su sistema de extracción.
3.1.5.2 Caracterización de yacimientos.
3.1.5.2.1 Relación Gas-Petróleo, Presiones y temperaturas. El aumento
de la relación gas-petróleo a lo largo de la vida de los pozos perforados a
Atlanta sugiere un mecanismo de producción por expansión de gas disuelto.
Si bien no se tienen mediciones precisas del gas producido, se consigna en
los informes de A.E.O. que la relación gas-petróleo aumentaba rápidamente
al poner los pozos en producción, estabilizándose en un alto GOR en zonas
de desarrollo maduro ( 1350 cu.ft./Bbl ), para declinar como pozos viejos en
zonas depletadas.
SISTEMA POZOS bbl/mes bbl/pozoBombeo Mecánico BM 191 22,163 116 Gas Lift GL 177 9,204 52 Swabbing SW 368 9,191 25 Fluyentes FP 5 688 138 Plunger Lift PL 1 96 96
Pozos por sistema de extracción (Dic 98)
FP1%
PL0% BM
26%
GL24%
SW49%
Producción por sistema de extracción (Dic-98)
SW22%
GL22%
BM54%
PL0%
FP2%
72
De esta manera el factor final de recobro para este tipo de mecanismo de
drenaje es de 12% ( Arps), pero debido a que se trata de un yacimiento muy
heterogéneo, de arenas turbidíticas con muy baja permeabilidad, el factor
final de recobro se estima en el 8 a 10%.
Los yacimientos de la Formación Atlanta se encuentran a un rango de
profundidades, que va entre los 1000 pies ( alto de Certeza) a 4500 pies (
Campa de Navarra), con una profundidad promedio de 3500pies.
Los yacimientos someros de la Formación Lower Socorro presentan un
entorno de profundidades que va entre los 500 a 1500 pies.
La temperatura promedio para los yacimientos de Atlanta en el campo Ancón
es de 50°C (120° F) y se estima un gradiente de 2.4°C cada 100 metros
(corregido).
Las mediciones de presión no son confiables y no existe historia de haberse
realizado campañas de medición en el campo.
Los datos consignados por los AEO presentan una gran dispersión,
estimándose que la presión inicial de yacimiento era de 1400 a 1850 psi
dependiendo de la zona del campo y la posición estructural de los
yacimientos.
3.1.5.2.2 Petrofísica.
Durante la extensa historia del desarrollo del campo Ancón, se han obtenido
numerosos testigos, los cuales tenían un fin netamente estratigráfico y, que
en muchos pozos que no cuentan con perfiles eléctricos, no se podían
efectuar analogías. Por lo tanto, no se han realizado muchos estudios de
petrofísica básica sobre testigos. Con el paso del tiempo muchos de estos
núcleos se han extraviado y los actualmente disponibles presentan una
identificación dudosa o no son representativos de las condiciones del
yacimiento. De todas maneras CGC en 1998, encargó a los laboratorios de
Petroproducción un estudio sobre 26 muestras que pudieron ser
73
identificadas, a las que se les efectuó petrofísica básica y estudios
petrográficos de secciones delgadas. Se pudieron obtener solamente
pequeños trozos de plugs de entre 10 a 50 cm., de las formaciones Atlanta,
Socorro y Chert Santa Elena, las cuales pueden no ser representativas de las
condiciones generales del yacimiento.
El resultado de los estudios sobre testigos corona se resume en el siguiente
cuadro (compilación de estudios CGC y AEO).
Tabla 1. Rango de variacion de las propiedades petrofisicas basicas de los testigos
Yacimiento.
Phi Mínima
%
Phi Máxima
%
Phi Promedio
%
K min (md)
Kmax (md)
Atlanta 4.1 10.5 6 0.40 32
Socorro 10 22 14 4.3 100
Chert Santa Elena 3 4 3.5 .037 ?
Como se mencionó anteriormente, los yacimientos de Atlanta y Chert Santa
Elena son yacimientos naturalmente fracturados, por lo tanto los estudios
sobre testigos reflejan las condiciones puntuales de la matriz del sistema.
Cabe aclarar que debido a la naturaleza de las muestras y su estado de
conservación, no se han hecho mediciones a pleno diámetro que permitirían
reconocer la contribución de la porosidad y permeabilidad de las fracturas y
la determinación del coeficiente de partición.
Los valores de porosidad máximos medidos son generalmente puntuales y
representan el valor promedio que se ha obtenido de las evaluaciones de
perfiles de pozo abierto. Esta falta de correspondencia entre datos de
porosidad de perfiles y núcleos se debe a que las herramientas de porosidad
investigan un volumen de formación mucho mayor que el que se encuentra
74
representado en los plugs de un testigo. El volumen investigado por los
perfiles incluye las fracturas, mientras que los análisis de núcleos solo miden
las características de la matriz del sistema.
A fines de obtener una caracterización del yacimiento Atlanta, se efectuaron
evaluaciones petrofísicas de perfiles en 12 pozos claves del Campo Ancón,
los cuales presentaban al menos un perfil de porosidad continuo en el tramo
del yacimiento. (Stinco, 1999). En estos estudios se integraron los
datos disponibles de núcleos, cuttings, y ensayos de pozo, permitiendo la
calibración de los registros. De esta forma se obtuvieron valores
representativos de porosidad, saturación de agua y volúmenes porcentuales
de arena/arcilla.
Cualitativamente, estos estudios permitieron caracterizar la gran
heterogeneidad y variabilidad litológica, permitiendo reconocer tendencias de
variaciones granulométricas y en el contenido arena/arcilla. El material fino
corresponde a arcillas dispersas.
Mediante la utilización de un modelo estadístico y la determinación de
valores de corte de porosidad y arcillosidad, se determinaron los siguientes
valores promedio para la Formación Atlanta:
Tabla 2. Valores promedio para la formacion atlanta
Valores de corte: Phi: 7% Vsh 10%
Relación H neto/ Htotal 0.30
Porosidad Promedio
11%
Saturación de Agua Promedio
57 %
75
También se desarrolló un modelo para la obtención de la porosidad a partir
de rayos gamma y de resistividad profunda para ser utilizada en estudios
futuros.
Mediante el análisis petrográfico de secciones delgadas se determinó que el
desarrollo de cementos silíceos y calcíticos es principal factor de destrucción
de la porosidad primaria, llegando en ocasiones a ocupar hasta el 20% de la
roca. Estos cementos provienen de procesos de alteración de feldespatos y
litoclastos de rocas volcánicas.
3.1.5.2.3 Fluidos. Se realizó durante el año 1998 un estudio integrado de
datos a partir de muestras seleccionadas, elaborándose un PVT Sintético del
yacimiento Ancón.
Tabla 3. Propiedades de los fluidos
PVT Sintético
Procedencia de la muestra Correlaciones De separador (pozos varios)
Fecha de obtención Julio 85 Oct-98
Presión de Burbuja (psi) 1850 igual a presión inicial
360
µ.o (Cps.) a Temp. y Presión
de Saturación
1.04 1.32
°API en condiciones. STD 36 41
Bo @ Pres. burbuja y T res. 1.258 1.061
Bo a Presión actual 1.035 * suponiendo 50 psi de presión actual
Rs. (scf/bbl) a Pb y T
yacimiento.
464 83
76
Compresibilidad del aceite
(1/psi)
1 x10-5
GE gas 0.75
µ.g (Cps.) a Temp. y Pres. de
Saturación
0.0125
Z a Pb y Temp. Fmµ. 0.9636
Bg a Pb 0.0421
3.1.5.3 Datos históricos En este punto se presentan los datos de
producción de todo el campo promediados a intervalos mensuales o anuales
según convenga.
3.1.5.3.1 Historia del desarrollo de los campos. El siguiente cuadro
resume los datos de producción total según base de datos de CGC en el
campo. La misma incluye la producción de los reservorios principales así
como también la proveniente de Socorro y de algunos pozos al Cretácico.
Figura 22. Historia total de produccion del campo Ancon
HISTORIA DE PRODUCCIONCAMPO ANCON
0
500,000
1,000,000
1,500,000
2,000,000
2,500,000
3,000,000
3,500,000
1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
AÑO
QO
(bar
riles
/dia
)
01002003004005006007008009001000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002500
Qo (allwells)
n° depozos
CGC comienza a operar en Jun 96
ANGLO cesa la perforación
77
La producción acumulada del campo es según informes mensuales de Aproximadamente 109 MMBbl.
En el siguiente gráfico se presenta el incremento de producción a partir de
que toma el área CGC; Se muestran los efectos de los fenómenos climáticos
sobre la producción, y el pronóstico según la declinación del campo.
Figura . 23 historia de producción del campo a partir del inicio de la operación CGC.
3.1.5.3.2 Historia de perforación. Dentro la extensa historia del campo,
pueden delinearse las distintas campañas de perforación y sus resultados.
La cronología es la siguiente, comenzando en el año 1921 y cesando la
perforación en el año 1967.
SECA - CENTRAL - TIGRE – SAN JOAQUIN LA FE – TABLAZO –
EMPORIO
-
200
400
600
800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
96 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16
Pronóstico GCA 98' Real (bopd) Adicional+Pronóstico GCA 98'
Fenómeno del NiñoInicia CGC
Comparación de Producción
78
Figura . 24 Producción acumulada promedio vs. numero de pozos perforados td. 2000’ fm. Atlanta
En el siguiente gráfico puede verse un análisis de los resultados de las
campañas, en cuanto a caudales iniciales de producción. Los datos
rotulados como “Acum_Promedio” representan la acumulada de petróleo
promedio por pozo ese año, es decir, da una idea de lo que acumula un pozo
promedio por año para cada campaña. Por ejemplo, si se perfora Central, el
promedio estará representando a ese tipo de pozos.
PRODUCCION ACUMULADA PROMEDIO VS N° POZOS PERFORADOS A ATL - CAMPO ANCON
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
800000
1915 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985AÑO
Bls
/poz
o
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
N° P
ozos
Acum_PromedioN° PozosAcum_Increm MM bls
Acumulada Total : 79.5 MM bls
El 40% de la ProduccionAcumulada se obtuvo con el 64 % de los pozosAcum. Promedio79.000 bls
El 60% de la Produccion Acumulada se obtuvo con el 36% de los pozos.Acumulada Promedio200.000 bls
1946
MM bls
SECA
CENTRAL TIG + SJ LA FE SJ LA FE + TABLA?O SJ LA FE + TABLAZO+ EMPORIO
CENTRAL + TIGRE
79
Puede verse claramente, que durante la perforación de SECA los resultados
son regulares, ya que nunca los pozos acumularon más de 200,000 Bbl en el
primer año, en cambio para la zona de CENTRAL, la acumulada promedio
por pozo perforado para el primer año es del orden de los 700,000 Bbl.
Luego, a medida que avanza la perforación de la zona de Tigre, se van
incorporando más pozos de menor productividad al promedio (el
distanciamiento promedio de Tigre es de 10 acres).
Mediante este gráfico se podría estimar las mejores zonas perforadas y ver
como fue desmejorando el comportamiento de las distintas campañas a lo
largo de la vida del yacimiento. Esto sería cierto si la perforación mantiene un
criterio uniforme en cuanto a distanciamiento entre pozos, tecnología
disponible en completamiento y perforación, estimulación, explotación y
depleción natural del campo. Ya que no es homogénea la manera de
desarrollar el campo y con el fin de obtener el comportamiento de “Pozos
Tipo” para las distintas zonas, se realizó el estudio de las distintas campañas
de perforación en las zonas de San Joaquín La Fe, Tigre, Central y Tablazo.
El siguiente gráfico muestra el promedio de los pozos perforados en la zona
de San Joaquín La Fe y la diferencia en cuanto a productividades con
respecto al espaciamiento de los pozos.
80
Figura 25. Historia de producción de las distintas campañas de perforación en San Joaquín la fe.
Puede verse claramente, que la disminución del distanciamiento promedio va
en detrimento de la recuperación final de los pozos. La línea roja representa
la producción por extrapolación de no haber existido la segunda campaña (14
acres) y puede verse que se recuperaría un adicional de casi 130MBbl en los
pozos de 40 Acres (cifra similar a la recuperada final promedio de los pozos
de 14 Acres) con lo que en cuanto a recuperación final, no hubiese sido
necesaria la perforación de los mismos.
Se supone que esto responde a una estrategia de aceleración de producción
de la compañía operadora, en ese momento.
3.1.5.3.3 Desarrollo de yacimientos y Tipo de Terminaciones.
3.1.5.3.3.1 Atlanta. Los pozos de la formación Atlanta se fracturaron debido
a una supuesta baja productividad de un pozo, aparentemente
“enmascarada” por la sobreperforación existente en el campo. La historia de
Comparación de Campañas
10
100
1,000
10,000
100,000
53 55 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94
Año
Cau
dal (
bopd
/poz
o)
-
50,000100,000
150,000
200,000
250,000
300,000350,000
400,000
450,000
500,000
Acu
mul
ada
por
pozo
(bbl
)40 acres
14 acres
81
perforación muestra constantemente la existencia de pérdidas de circulación
en los yacimientos, soportando así la idea del tipo yacimiento fracturado.
3.1.5.3.3.2 Socorro. Se desarrolló con un esparcimiento variable, entre 2 a 4
acres, prácticamente todos los pozos anteriores a 1955 fueron terminados
con revestimiento prepreforado en toda la sección del Lower Socorro.
Con posterioridad a 1955 se efectuaron completamientos con casing liso,
aislando las zonas de interés, con adquisición de registros. En estos casos
se obtuvieron pobres resultados de producción, ya que los reservorios son
capas decimétricas, distribuidas en todo el espesor del Lower Socorro).
3.1.5.3.3.3 Formación Atlanta y Santo Tomás. Desde el inicio del
desarrollo se utilizó casing pre-perforado, para completar las secciones
productivas de la Fm. Atlanta. Posteriormente se utilizó una combinación de
casing liso para la sección superior de Atlanta y pre-preforado para la inferior.
En 1961 se dejó de utilizar el pre-perforado, siendo terminados todos los
pozos con casing liso.
El fracturamiento hidráulico comenzó a utilizase en 1956, debido a la baja
permeabilidad de los yacimientos y posibles daños durante la perforación.
Se utilizó tanto en pozos nuevos como en pozos viejos , obteniendo un
substancial incremento de la producción. Los pozos viejos completados con
casing pre-perforado no tuvieron buena respuesta.
La técnica utilizada era de entrada limitada, con 15 a 20 perforaciones de
bala en un tramo se 200 a 500 pies., con 500 bolsas de arena con una
concentración máxima de 3 a 3.5 lbs/gal. El gradiente de fractura para la Fm
Atlanta en el rango de profundidades de 3000 a 4500 pies es de 0.62 a 1.20
psi/ft.
82
3.1.5.3.4 Pozo tipo por área. Con los datos existentes en la base de datos
de producción, puede realizarse un promedio aritmético de los caudales de
producción iniciales de los pozos para cada zona en particular, con el fin de
obtener un pozo tipo por área para el pronóstico de nuevos prospectos, etc.
Si bien puede utilizarse esto como una estimación para ver diferencias entre
zonas, los valores resultantes pueden estar severamente subestimados por
las siguientes razones:
La base de datos cuenta solo con la producción acumulada durante el
año, sin especificar los días efectivos de extracción, por lo que al
dividir por 360 se supone que produjo todo el año, hecho que
generalmente no ocurre.
Debido a la posible sobreperforación del campo, las campañas infill y
las áreas con pozos muy próximos, incorporan al promedio, pozos
(generalmente los últimos en perforarse) de muy bajas
productividades haciendo que el resultado final sea menor al de un
promedio “inteligente”.
Debido a la gran dispersión en el tiempo que tienen las campañas de
perforación de algunas zonas (en algunos casos hasta de 20 años), es
de esperar que los últimos pozos incorporados encuentren los
principales reservorios en estado de depleción, con lo que su
productividad es menor a la de los pozos iniciales.
83
Tabla 4. Caudales promedio de los pozos por zonas.
Zone Avg. Qo max Avg Cumoil Dec An
(Sorted by Qo max) [Bb/D] [MBb] %
Central + Central Sur 174 573 8%
Tigre 70 132 8%
Santo Tomas 61 121 8%
San Joaquín La Fe 59 102 8%
Tigre Norte 47 90 8%
Emporio 45 103 9%
Cacique + Cacique Norte 41 80 8%
Certeza 45 124 7%
Seca 32 100 6%
PROMEDIOS 64 158 7.8%
Puede verse claramente que la zona de Central aparece nuevamente como
la de mayor productividad, aunque presenta un caudal inicial promedio de
174 BOPD, que no es demasiado representativo entre los pozos, ya que
algunos se completaron sin estimular con caudales de hasta 900 BOPD.
3.1.5.4 Petróleo Original in Situ. Debido a la complejidad estructural de los
campos, la falta de datos de producción de los tres fluidos, la heterogeneidad
de los reservorios presentes y el hecho de que los pozos presenten
penetración parcial del yacimiento principal, el método volumétrico se
convierte en una alternativa difícil para la evaluación de reservas, dado el
grado de incertidumbre existente en parámetros clave, como el espesor útil,
factor de recuperación, etc.
84
No obstante, se realizó en las zonas de mayor densidad de datos, un informe
utilizando los espesores penetrados con el fin de aproximarse a un valor
dado por volumetría y obtener así una estimación de los factores de
recuperación para la zona oriental de Ancón.
Un intento de obtener estos parámetros fue realizado por la sucursal en
Ecuador y el detalle de los resultados se encuentran en el informe “Volumen
Original de Petróleo y Factor de Recobro” por W. Ycaza y B. Clerque. Este
informe concluye que el factor de recuperación actual promedio de la zona
oriental del campo Ancón es de aproximadamente 8 %
3.1.5.5 Plan de desarrollo. El siguiente es un plan de desarrollo
confeccionado en Diciembre de 1998 dentro del siguiente marco de hipótesis.
Se propone un plan de recompletamiento del yacimiento Passage
Beds. La descripción técnica y soporte de cálculo se encuentra en
informe disponible en archivo. La Etapa I del desarrollo consiste en 40
reparaciones principales, realizándose 30 en 1999 correspondientes a
pozos seleccionados según las reparaciones ya realizadas y sus
resultados.
El costo final de cada reparación se estima entre $10,000 y $15,000
El caudal inicial incremental es de 20-25 BOPD con el siguiente
esquema de declinación efectiva anual:
50% 1 año
40% 1 año
30% 1 año
25% 1 año
20 % 1año
19% 1 año
12% resto
85
Según mapa anexo de espesor útil, en Passage Beds existirían unos 90
pozos más con posibilidades de ser cañoneados, que por encontrarse en
zonas sin experiencia previa en este tipo de trabajos se consideran con
mayor incertidumbre. Estimando un % de éxito del 80% quedarían 68 pozos
candidatos a un recompletamiento exitoso, manteniendo el esquema de
producción anterior y suponiendo que tiene instalación de producción.
3.1.5.6 Perfiles de producción y reservas remanentes. De acuerdo al
desarrollo propuesto en el punto anterior se elabora el siguiente pronóstico
de producción.
Tabla 5. Pronostico de producción para el campo.
Fecha (Prod. Básica) (Adicional por rep, 98) Cant. Recomp. 40 Recomp exitosas01/12/99 72,000 5,192 14 16,76401/12/00 67,000 4,815 38 30,02101/12/01 62,000 4,441 40 17,50501/12/02 59,000 4,108 40 10,94201/12/03 54,000 3,800 40 7,77501/12/04 49,500 3,524 40 5,96601/12/05 47,000 3,251 23 2,86701/12/06 44,000 3,007 1 14401/12/07 41,500 2,781 0 001/12/08 37,000 2,580 0 001/12/09 34,500 2,379 0 001/12/10 34,000 2,201 0 001/12/11 30,500 2,036 0 001/12/12 28,000 1,888 0 001/12/13 26,000 1,741 0 001/12/14 24,000 1,611 0 001/12/15 22,000 1,490 0 001/12/16 20,999 1,382 0 0
Totales m3 752,999 52,227 40 91,984 Totales bbl 4,736,364 328,508 40 578,579
PDP PUD
86
Figura . 26 Ppronóstico de producción según el desarrollo propuesto
3.1.6 Reservas. En el cuadro de reservas y recursos podemos identificar la
clasificación de las reservas en:
Reservas probadas desarrolladas: se dispone de un volumen de 5.896
MM barriles obtenidos.
Reservas probadas no desarrolladas: Por perforación de pozos 6.98 MM
Barriles, rehabilitación de pozos y reparaciones, un volumen de 2.65 MM
Barriles.
Dentro de las reservas por probar, se estima un volumen de petróleo in situ
de 53 MM Barriles, que con un factor de recobro del 15%, nos da un volumen
aproximado de 8 MMBO, los cuales serán extraídos por la perforación de 55
pozos desviados de 4 pozos exploratorios ad referéndum de la sísmica. Aquí
no se han considerado las posibles reservas provenientes de offshore.
0
20,000
40,000
60,000
80,000
100,000
120,000
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
(Prod. Básica) (Adicional por rep, 98) 40 Recomp exitosas
Pronóstico de Producción Santa Elena
PUD 92 Mm3 / 579 Mbbl
PDP 52 Mm3 / 327 Mbbl
753 Mm3 / 4736 Mbbl
87
En el cuadro adjunto (anexo) se puede observar los valores de producción
para los distintos rubros en que se divide los trabajos a realizar en la
Península de Santa Elena, lo que muestra una recuperación de reservas
esperadas para los 20 años del proyecto de 23.93 MMBO.
3.1.6 Producción La producción total antes de la firma del contrato CGC-
ESPOL (mayo del 96), alcanzó un valor promedio de 774 Bb/día, 55 Bb/día
de gasolina, de los cuales se entregaba a refinería solo 30 Bb/día (45% de
merma).
Se ha logrado un aumento progresivo de producción alcanzado a Abril de
este año, que fue de 1300 Bb/día y 84 Bb/día de gasolina promedio. Este
incremento de producción se ha logrado mediante la perforación de 8 pozos
(7 productivos) en distintos objetivos (3 en la formación Santo Tomás y 4 en
Atlanta y Chert), y la intervención de 24 Work Over y 114 rehabilitaciones y
reacondicionamientos de pozos.
3.1.6.1 Discriminación de la producción por campo y sistema a Abril de 1997. El campo produce por 4 sistemas de extracción artificial, así: 24%
Swab, 44% Bombeo Mecánico, 26.6% Gas Lift y 1.6% Plunger Lift y el 3.4%
restante son por flujo natural. Cabe resaltar que el sistema Swab, como
todos sabemos, no es un sistema de levantamiento artificial propiamente
dicho, sino un sistema de evaluación para los pozos, y que en este campo se
aplica a los pozos con altos niveles de arenamiento y pocos caudales, en los
que, el uso de otro sistema de levantamiento en ellos no seria rentable y el
uso del Swab es muy económico.
88
La producción por campo es la siguiente: Ancón 54%, Cautivo 19% y de la
zona norte 27%.
El plan de acción, de acuerdo con las condiciones actuales, excluyendo
futuros desarrollos, para optimizar la producción es el siguiente:
Para los pozos fluyentes: de los 16 pozos fluyentes de la zona norte
que no tenían controles ni intervenciones en los últimos 10 años, 4
fueron candidatos a Bombeo Mecánico, 6 están con Plunger Lift y los
otros 6 restantes se mantuvieron en su mismo estado, como fluyentes.
Existe un nuevo pozo que produce por flujo natural, se llama el SPA
1002, que ha incrementado la producción en esta forma de
producción. Actualmente se reacondicionan las instalaciones, se
hacen mediciones y limpieza de parafinas con equipo de wireline.
Gas Lift: se emplean para pozos con producción menor a 2 Bb/día, el
cual, para solucionar este inconveniente se utilizan 2 alternativas:
• Instalaciones en superficie: en la primera fase, reparación integral e
intensificación del plan de mantenimiento preventivo y correctivo de los
compresores que atienden la red de suministro del sistema neumático, se
adquirieron controladores automáticos de ciclos de inyección (MOT-
1)para el mejoramiento del tiempo de inyección. Se instalaron puntos de
medición para el control de la cantidad de gas que se maneja en el
sistema.
En la segunda fase se han reducido el número de compresores en
funcionamiento, teniéndose 6 compresores en marcha, 2 unidades en
stand by y uno en reparación. Se seguirán parando compresores hasta
aumentar la confiabilidad global del sistema y disminuir las pérdidas de
producción por falla de gas. Esta propuesta se basa en la diferencia entre
la capacidad nominal de los compresores y el volumen disponible (10.5
MMSCFD vs 4 MMSCFD), debiendo optimizarse la red con un adecuado
89
anillado que permita captar todo el gas de baja por las unidades que
queden en servicio.
• Instalaciones en el subsuelo: con el fin de mejorar los pozos con baja
producción o con fuerte merma por fallas en los distintos elementos,
como válvulas, asientos, tuberías de producción, etc., se tomarán las
siguientes medidas:
• Aplicación de un nuevo diseño de Gas Lift intermitente.
• Conexión de pozos cerrados y de Swab a la línea de gas de baja
presión.
• Adquisición de codos, tubería, válvulas, medidores de presión y
controladores.
• Mayor planificación de las tareas de intervención, mediante el
estudio de los programas de Ingeniería de Producción.
Un número menor de pozos implica un aprovechamiento eficiente del
escaso gas disponible y que puedan ser atendidos por un menor número
de equipos, de acuerdo a lo indicado anteriormente.
Bombeo Mecánico: se utiliza en 187 pozos a un promedio de 3.3
Bb/día; los aparatos de Bombeo Mecánico (AIB) son 93, 67 son fijos y
26 portátiles, de estos 2 son nuevos. Se han incorporado 33 equipos
reacondicionados a la fecha.
Para el análisis técnico-económico se ha establecido lo siguiente:
• Ensayos para determinar el potencial real del pozo.
• Curso de preparación en el manejo y mantenimiento del
ECHOMETER, comprado para mediciones físicas: Ecómetro digital,
dinamómetro electrónico, software de interpretación y diagnóstico.
90
• Modificación en el diseño de las instalaciones de fondo a través del
seguimiento estadístico de las causas de falla, realizado por parte de
Ingeniería de Producción.
• Intensificación del programa de intervenciones para la rehabilitación
de pozos con merma total o parcial, por problemas en la instalación.
Sistema Swab: antes de comenzar las operaciones, la producción por
este sistema fue de 3500 Bb/mes, con 260 intervenciones; en Abril de
1997 la producción subió a 9953 Bb/mes, con 862 intervenciones,
habiéndose adoptado las siguientes medidas:
• Incremento en las horas de servicio.
• Incremento del número de pozos por rehabilitación o cambio de sistema.
• Mejoramiento del transporte y medición del producto obtenido.
Se ha aplicado un programa estadístico para optimizar el cumplimiento
del ciclo de Swab en cada pozo
3.1.6.2 Control de la producción. Implementación de metodología para el
control y cuantificación de la producción de los campos, basado en el
principio de balance y control de stock total del área.
Calibración o reemplazo del instrumental existente en las secciones, a fin de
minimizar el factor de error. Se procedió a la limpieza de los tanques de
recepción del petróleo, para tener mejor control en las mediciones. Se está
instrumentando el software para el cálculo de la producción total por zona,
estadísticas de controles y producción mensual por pozo. Se volcó toda la
estadística de producción de EXCEL al sistema de base de datos ACCESS,
para facilitar el manejo de todos estos datos a futuro.
91
3.2 PROCEDIMIENTO EN LA OBTENCIÓN DE DATOS DE CAMPO. Todos los datos y registros necesarios en la realización de este trabajo,
fueron tomados de la sección 67 de los campos petroleros “Ing. Gustavo
Galindo Velasco”, en la península de Santa Elena, Ecuador, operado por la
compañía PACIFPETROL S.A.; a continuación se explicará detalladamente,
el método seguido para la consecución de la información y el manejo de la
misma:
3.2.1 Obtención De Datos, Parámetros E Información Para El Diseño De BM. La información que se explica en esta primera parte, comprende
básicamente lo realizado en los trabajos anteriores, en la cual se explica el
procedimiento de cómo se obtuvo tal información. Esta información, se
puede dividir en:
1.1 Parámetros de diseño. 1.2 Condiciones de operación del pozo. 1.3 Datos referentes a Registro, seguimiento y Control de los pozos. 1.4 Otros datos de interés de los pozos. 3.2.1.1 Parámetros de diseño. Son aquellos que permiten, determinar o
diseñar en un pozo, la instalación de un sistema de Levantamiento de
Bombeo Mecánico. Entre los parámetros más importantes, tenemos:
Nivel de Fluido
Tamaño y tipo de Bomba.
Profundidad de asentamiento de la Bomba.
92
Gravedad específica del fluído.
Diámetro nominal del tubing.
Carrera del vástago cromado.
BS&W
Diseño de la sarta de varillas.
Profundidad de las capas productoras.
Caudal de producción.
GOR
Estos parámetros enunciados, se obtuvieron principalmente, mediante los
reportes de Pulling o de Intervenciones a los pozos, Estados Mecánicos y
También por medio de pruebas de producción. El nivel de fluído se obtuvo
mediante el TWM software, por medio del SONOLOG. La obtención de estos
parámetros fue de vital importancia, en el desarrollo, prueba y planteamiento
de los diseños.
3.2.1.2 Condiciones especiales de Operación. Son aquellas que están
presentes en el pozo, independientemente del sistema de Levantamiento,
pero que son de considerar a la hora de evaluar un diseño, ya que pueden
influir sobre el buen desempeño del mismo; es decir, no son condiciones de
la instalación de Bombeo, sino son condiciones propias del pozo. Entre las
más importantes, tenemos:
Cantidad de gas.
Problemas de parafinas.
Problemas de arenas y de finos.
Pozos desviados.
Pozos muy profundos.
93
Problemas de incrustaciones.
Crudo muy viscoso.
Presencia de H2S Y CO2. (Ambientes Corrosivos).
Las condiciones especiales de los pozos se obtuvieron, mediante el reporte
de Pulling, ya que en estos, se especifican los motivos y causas de tales
intervenciones, que generalmente se deben, a algunas de las condiciones de
Pozo de las nombradas arriba y también, mediante pruebas de Swab, que
tienen como objetivo, realizar una Evaluación del pozo y tal operación se
desarrollaba generalmente después que se reacondicionaban los pozos.
Para nuestro caso, los pozos de este campo y los de estudio, básicamente
presentan problemas de arenas y finos, Parafinas e incrustaciones y alta
presencia de Gas. Los otros factores, tales como la viscosidad del crudo, no
afecta, ya que los crudos de este campo son de una Gravedad API muy alta
y están clasificados como crudo liviano (°API 40, promedio), además que son
pozos verticales y son poco profundos (Promedio 3000´). Los problemas de
parafinas, finos, arenas e incrustaciones se determinaron mediante los
reportes de Intervenciones a los Pozos (Pulling), ya que eran motivo continuo
por el que se presentaban cambios de Bomba, ya sea por desgaste en las
válvulas o embastonamiento de la Bomba. La presencia de gas se
observaba en cabeza de pozo, que en nuestro caso presentaban fugas,
también por la alta presión que se medía en la salida del casing y por
pruebas de producción.
94
3.2.1.3 Procedimiento de Registro y Seguimiento de pozos. Aparte de la
información referente a los parámetros necesarios para un correcto diseño de
los pozos, hay que tener en cuenta aquella que especifica las condiciones de
operación del sistema de levantamiento, en este caso, del Bombeo Mecánico
es decir, aquella que nos da a conocer el comportamiento y funcionamiento
del esquema actual de diseño, además de su control y seguimiento para
poderlo evaluar. Esta información, básicamente comprende:
Dinagramas.
Nivel de Fluido.
Pruebas de Producción.
Observación del funcionamiento de las unidades de Bombeo. (Prácticas
comunes de campo).
Todos los aspectos mencionados anteriormente, se obtienen mediante un
seguimiento y control continuo a los pozos, el cual fue para mí, una fase del
trabajo de práctica, denominado en el cronograma de la Tesis, como
TRABAJO DE CAMPO.
Comenzando con una breve descripción de los aspectos mencionados
anteriormente, podemos decir primero que, el dinagrama es la
herramienta de medición fundamental, en el seguimiento y control a los
pozos. Esta nos da 2 tipos de interpretaciones bien interesantes, una
cualitativa y otra cuantitativa. Cualitativamente hablando, las cartas
dinamométricas nos dan una visión, que nos permite diagnosticar el
funcionamiento y las posibles fallas que pueda presentar el equipo de
subsuelo de la Unidad de Bombeo, especialmente, la Bomba de
Profundidad. Es haciendo una analogía, como un “electrocardiograma”
95
para el ingeniero de Producción, que permite atacar y determinar
correctamente, los problemas que pueda presentar la Bomba, mediante la
interpretación de las formas de las cartas dinamométricas, las cuales por
los estudios hechos y la experiencia en dichas interpretaciones, hay unas
formas muy típicas asociadas a los problemas más comunes presentes
en la Bomba. Cuantitativamente hablando, el dinagrama mide las cargas
reales presentes el Vástago Cromado, en función de su Carrera. A través
de la medición de dichas cargas, podemos obtener todos los cálculos que
se requieren en el diseño de una instalación de Bombeo, tales como, las
Cargas Máxima y Mínima en el Vástago Cromado PPRL y MPRL, el
trabajo de la Bomba, el Contrabalance Efectivo CBE, el rango de cargas,
la Potencia en el Vástago cromado PRHP, efecto de Contrapeso ideal,
efecto de Contrapeso real y el Torque. Estos cálculos son muy
importantes, a la hora de evaluar un diseño y son la base de la operación
y funcionamiento del Bombeo Mecánico. En este caso, las cartas
Dinamométricas fueron obtenidas del Software TWM de Echometer.
Estas mediciones fueron hechas para nuestro caso, en promedio 3 veces
por pozo, para tener una mejor comprensión, de la tendencia del
comportamiento de la Bomba y del equipo de subsuelo y poder manejar
márgenes de error y tener más seguridad y confianza, en los cálculos
realizados, así como en el análisis cualitativo, ya que se podía manejar
una tendencia acorde de la forma de las cartas Dinamométricas.
El nivel de fluido es otra medida fundamental y de vital importancia en el
seguimiento y control de Pozos. A partir del nivel de Fluido, podemos
determinar el nivel de sumergencia de la Bomba, es decir, que tan “llena”
estaba y en conjunto con un dinagrama, determinar otros problemas
típicos en el funcionamiento de la Bomba, tales como el “Pumped off”. En
96
nuestro caso particular, la medición de nivel también nos permitía, un
control de las presiones de fondo y de cuanto podía producir un pozo en
particular, debido a que los pozos de este campo, son de muy bajo
potencial, además que la recuperación de nivel es muy lenta, y debido a
su intermitencia, dichos pozos no mantienen un nivel constante a una
tasa de Bombeo dada, sino, que dependiendo del aporte de la formación
al pozo, nos da un nivel particular, ya que el aporte de la formación al
pozo es muy pobre, no hay un nivel dinámico constante; Esto se explicará
más adelante, cuando entremos en materia en el estudio de las
condiciones de los pozos. Continuando con esta misma explicación, la
toma de medición de nivel de Fluido fue fundamental en el seguimiento
del tiempo óptimo de restauración de los pozos trabajados, que fue uno
de los estudios desarrollados como propuesta de solución fundamental,
tema que se desarrollará a fondo más adelante. El nivel de Fluido
también se determinaba mediante el Software Total Well Management
(TWM), por medio del SONOLOG y el seguimiento de campo, también es
similar al de los dinagramas, ya que a la par de la medición de los
dinagramas, se tomaba el nivel de Fluido, en promedio 3 veces por pozo,
además de una medición constante por pozo, para su seguimiento en la
determinación del tiempo óptimo de Restauración de Nivel de Fluido.
Haciendo un paréntesis, cabe agregar y aclarar, que debido a la muy lenta
recuperación de nivel de los pozos e intermitencia, hay pozos que operan por
turnos, es decir, no funcionan 24 horas sino menos tiempo por día y en el
presente trabajo, se tuvieron en cuenta y el procedimiento de campo en la
toma de las mediciones, tanto de Dinagramas como de Nivel hay una
pequeña variación al procedimiento descrito anteriormente, ya que a estos
pozos se les tomaba Dinagrama y Nivel de Fluido, antes de poner a
funcionar la unidad de Bombeo, al final de la restauración y antes de que se
apagara la unidad, es decir, cuando ya se quedaba “sin nivel” el pozo y esto
97
se hacia en promedio 3 veces por pozo, a diferencia de los Pozos que
funcionan permanentemente, a los cuales solo se les iba a medir dinagrama
y nivel una sola vez y no dos.
Las Pruebas de Producción, son muy importantes, ya que podemos
determinar el comportamiento de producción de un pozo en particular y
analizar los posibles cambios que este presente y sus posibles causas.
Las pruebas de producción se hicieron permanente y constantemente a lo
largo de esta práctica, y de esta analizábamos si tal variación era
causada por el sistema de Bombeo o por el Yacimiento como tal. Se
obtenía también, el corte de agua BS&W y lo más importante, nos permite
evaluar si un cambio en el diseño del Sistema de Levantamiento de
Bombeo Mecánico es favorable o no, respecto a un incremento de la
producción. El procedimiento de campo en el control de la prueba de
producción, era simplemente, pasar la producción en la línea de Flujo de
la estación 67 del pozo respectivo, de un volúmetro general a un
volúmetro individual, y controlar diariamente su producción, que en este
caso es producción bruta (petróleo mas agua). Otro método usado en
campo, un poco más “artesanal”, es simplemente colocar un tanque cerca
de la locación del pozo y poner la línea de producción del pozo a ese
tanque, y diariamente, medir la altura de nivel de Fluido y con un factor de
corrección del tanque, se calculaba el volumen.
Para terminar en lo que corresponde al seguimiento y control de los
pozos, un dato muy importante a considerar en el diseño y en las
sugerencias y/o recomendaciones, son las observaciones que se puedan
hacer permanentemente del funcionamiento de la Instalación del Bombeo
Mecánico. Tales observaciones involucran, entre otras, las más
importantes como siguen:
98
Chequear la producción del pozo, abriendo la Válvula de chequeo.
Observar posibles vibraciones, tanto en la unidad de Bombeo, como
en el Vástago y en la base.
Posible escape de fluido a través del Stuffing Box.
Alta temperatura en el vástago Cromado.
Mirar que tan centrado se encuentra el vástago Cromado, con
respecto a la cabeza de pozo y respecto a la cabeza de mula.
Escape y ruido en la cabeza de pozo.
Notar si en la carrera descendente, hay golpes con las válvulas y
vibraciones en el Vástago.
Cauchos quemados en el Stuffing Box.
Alta presión en la salida del Casing.
Observar si “levanta presión”, al cerrar la línea de producción.
Entre otras prácticas comunes que se realizan en campo.
Estas observaciones y prácticas comunes de campo hechas a las unidades
de Bombeo Mecánico, se deben realizar de manera permanente cuando se
realiza un seguimiento a los pozos, ya que estas observaciones sencillas
pueden ser fundamentales, a la hora de tomar una decisión en el diseño y en
las recomendaciones de una Optimización del Bombeo Mecánico. En el
campo en nuestro caso, estas observaciones se hacían a la par de la
realización de las mediciones de Dinagrama y Nivel.
3.2.1.4 Otros datos de interés de los pozos. Además de los otros datos
importantes en el estudio de la Optimización del Sistema de Bombeo
Mecánico de la sección 67 y de explicar como se obtuvieron, no menos
importantes, son otras informaciones generales de los pozos en estudio,
entre las cuales, las más importantes podemos destacar:
99
Estados mecánicos de los pozos.
Reportes y diagramas de Pulling.
Características de las formaciones productoras.
Geología
Historias de producción.
Tipo de pozo.
Tiempo de trabajo de la Unidad de Bombeo.
Características del fluido producido
Otros datos.
Toda esta información se obtuvo de los archivos de la compañía
PACIFPETROL S.A. y de la Base de datos, siendo tabulada y organizada,
para tener una visión general de las características del pozo.
3.3 ANALISIS DE LA INFORMACION OBTENIDA PARA EL DISEÑO Y LA OPTIMIZACION DEL SISTEMA. Después de finalizada la parte de obtención y organización de toda la
información necesaria, se explicará brevemente el procedimiento a seguir o
el esquema a seguir en el análisis y rediseño, para la optimización o
mejoramiento de la eficiencia en el sistema de Bombeo Mecánico.
Organización de la información por pozo.
Análisis cuantitativo de las Cartas Dinamométricas.
Análisis cualitativo de las cartas Dinamométricas.
Análisis del nivel de Fluido.
Estudio de las Intervenciones al Pozo (Pulling).
Propuesta de rediseño.
Elaboración de las Recomendaciones y conclusiones.
100
3.3.1 Organización de la información por Pozo. En esta primera etapa del
diseño como tal, se clasificará toda la información explicada anteriormente
por pozo y se discriminará de la siguiente manera:
Datos Generales del Pozo. En este parte se tendrá en cuenta
información general y de interés del Pozo, tal como, Ubicación, Sistema
de Levantamiento, Estado del Pozo, Sección, Área, tiempo de trabajo de
la Unidad de Bombeo, entre otros datos.
Datos de Estado Mecánico y tubería. Aquí se tendrá en cuenta,
información fundamental, tales como, profundidad del Pozo, Formaciones
productoras, Diseño de la Tubería de Revestimiento (Casing), datos de la
Tubería de Producción (Tubing), entre otros valores.
Datos de producción y Características de los Fluidos, información tal
como, potencial actual, historia de producción, gravedad del crudo, corte
de agua (BS&W), viscosidad, etc.
Características de la Unidad de Superficie, como denominación API de la
unidad, tipo de Balancín, Motor, especificaciones del motor, contrapeso,
caja reductora, etc.
Reportes de Intervenciones a los Pozos (Pulling). Información de los
datos actualizados de la última intervención, tal como, tipo y
características de la Bomba, diseño de las varillas, accesorios presentes
en el diseño.
Anotación de las condiciones de operación observadas en el pozo.
Análisis de los costos de producción por pozo.
3.3.2 Análisis cuantitativo de las Cartas Dinamométricas. Por medio del
TWM software, se obtienen los datos de interés en el diseño y optimización
del Bombeo Mecánico. Datos como:
101
Carga Máxima en el Vástago Cromado, PPRL.
Carga Mínima en el Vástago Cromado, MPRL.
Trabajo de la Bomba.
Rango de cargas.
Potencia en el Vástago Cromado, PRHP.
Efecto de contrapeso ideal.
Efecto de contrapeso Real.
Contrabalance Efectivo (CBE)
Torque.
Estos valores nos sirven para analizar si el diseño de instalación de Bombeo
Mecánico actual, satisface las condiciones de carga, torque, potencia y
Contrabalance necesarios que resultan de las condiciones reales de
Operación; es decir, podremos saber si la unidad está subdimensionada o
sobredimensionada.
3.3.3 Análisis cualitativo de las Cartas Dinamométricas y del Nivel de Fluido. Mediante el análisis de las cartas Dinamométricas, podremos
determinar los problemas típicos presentes en la instalación de subsuelo,
principalmente la Bomba de Profundidad. Mediante la observación de formas
típicas asociadas a problemas comunes de la Bomba y del equipo de
subsuelo, podremos determinar las fallas que presenta y en combinación con
el nivel de Fluido, podremos saber si la Bomba está “Pumped off” o “Fluid
Pound”.
3.3.4 Estudio de las Intervenciones al pozo. (Pulling). En esta parte se
hace un análisis de los motivos y resultados de la Intervención, además de la
Frecuencia y número de las mismas, para poder determinar las condiciones
de Operación del pozo, tales como problemas de arena y finos, y así, dar a
102
conocer posibles alternativas de solución o recomendaciones que servirán
para tener muy en cuenta en la propuesta de optimización.
3.3.5 Propuesta de rediseño. Teniendo en cuenta todos los aspectos
mencionados anteriormente, y estimando las posibles fallas y sus causas, se
plantea la propuesta de rediseño del sistema, es decir, los cambios más
significativos que erradicaran o minimizaran los efectos de tales fallas.
Además de las fallas que se pueden determinar por los aspectos
mencionados anteriormente, también debemos tener en cuenta:
El análisis que se pueda obtener de las pruebas de producción o de la
historia de producción de los pozos.
El análisis de los problemas observados en campo, de las condiciones de
operación de la Unidad de Bombeo.
Con todas estas consideraciones y fallas obtenidas en el sistema, es decir,
con el diagnóstico de los problemas presentes, se establecerán los posibles
mecanismos que se ajusten a minimizar o a desaparecer estas fallas y con
estos cambios se planteara un nuevo diseño, que se elaborará basándose en
el método API. Estas pueden ser algunas modificaciones:
Cambio en la longitud de la carrera del Vástago Cromado.
Cambio en la velocidad de Bombeo.
Uso de otro diseño de sarta de Varillas.
Otro tipo de Bomba.
Usar accesorios de fondo, como anclas de Gas, estabilizadores, etc.
Entre otros.
Con estos y muchos otros cambios que dependerán de las condiciones de
cada pozo, se esperan en la medida de lo posible, minimicen las fallas, y que
103
los resultados se adapten bien a la unidad de Bombeo, pero además hay que
tener en cuenta que estos cambios no solo se harán dependiendo solamente
la viabilidad técnica, sino también, la parte económica, ya que sino es
rentable la modificación que se aplique al sistema, no se justificará su
aplicación, así sea técnicamente factible. Por ejemplo, que una unidad de
superficie de Bombeo este sobredimensionada, debería ser cambiada, pero
si su cambio implica un alto costo que no retornará rápidamente y que no de
rentabilidad, no se justificaría.
3.3.6 Recomendaciones y Conclusiones. Después de dar a conocer la
viabilidad técnica de la aplicación de los cambios necesarios para una
correcta y eficiente operación del sistema de Bombeo Mecánico, se
evaluaran dichos cambios. Estos cambios o modificaciones o soluciones a
los problemas o fallas determinadas anteriormente en el anterior diseño del
sistema, mediante los aspectos mencionados anteriormente, tales como
condiciones de operación del pozo, causas de las intervenciones al pozo y
demás, se denominan Recomendaciones.
Las conclusiones de este trabajo, se basan en aquellas modificaciones y/o
alternativas de solución, que siempre tengan como objetivo, disminuir los
costos de operación y producción, con un funcionamiento eficiente del
sistema, aumentando la producción, es decir que sea factible y viable tanto
técnica como económicamente.
104
3.4 OPTIMIZACION DE LA OPERACIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO MECÁNICO DE LA SECCIÓN 67.
GENERALIDADES DE LA SECCIÓN 67. En este capítulo acerca de las Generalidades de la sección 67, se dará una
breve explicación e información acerca de los datos de mayor interés,
especialmente lo relacionado a los Pozos Bombeo Mecánico Fijos de la
Sección 67 de los Campos petroleros Ing. “Gustavo Galindo Velasco”.
Podemos adelantar, que la sección 67 se ubica geográficamente en la Zona
Centro-Este del Bloque Operado por el consorcio ESPOL-PACIFPETROL.
Posee cerca de 400 pozos, de los cuales actualmente se encuentran
productivos 127 pozos.
Los sistemas de levantamiento por los cuales se discrimina la producción en
esta sección, son:
Figura 27. Pozos de la sección 67 discriminados según sistema de levantamiento
Sistema N° de Pozos %producción % de PozosBombeo Mecánico 26 69.26 20.47Gas Lift 21 7.19 16.54Swab 38 13.91 29.92Flujo Natural 0 0.00 0.00Herramienta Local 42 9.64 33.07Plunger Lift 0 0.00 0.00
TOTAL 127 100 100
Producción (Bbls/Mes)5051.5524.71014.9
0702.8
0
7293.9
105
Esta tabla, obtenida de datos suministrados del último informe Mensual de la
compañía, nos muestra claramente la importancia que tiene el Sistema de
Levantamiento de Bombeo Mecánico, en cuanto a resultados de producción
se refiere, ya que produce el 70% de la producción total de la sección, siendo
el N° 1, seguido por Swab, con apenas un 14 %. Cabe observar también, en
cuanto al # de pozos, solo un 20% del total de los pozos de la Sección
producen por Bombeo Mecánico, en comparación al Swab, que tiene un 30%
de los pozos, lo que nos da una muestra clara del mejor desempeño del
sistema de Bombeo Mecánico, respecto a otros sistemas de levantamiento
de la sección. (Informe Marzo de 2003).
De los 26 pozos que actualmente operan por BM, 18 pozos trabajan con
unidades de Bombeo Fijas y los 8 restantes trabajan con Balancines
Portátiles, es decir, los llamados “Pozos Periódicos”.
De los 18 pozos que operan por BM y que son el propósito de estudio del
presente trabajo, los podemos clasificar en 2 grupos:
Pozos 24 horas.
Pozos que trabajan por jornadas.
Los pozos 24 horas, son aquellos pozos, que como su nombre lo indica,
trabajan permanentemente, sin parar, las 24 horas del día, todos los días y
de este tipo de pozos, actualmente trabajan así 5 pozos.
Los pozos que trabajan por jornadas son aquellos que operan por un periodo
menor de 24 horas del día, es decir, tienen horarios de trabajo y horarios de
“descanso” o periodo de tiempo en el que se restaura su nivel.
106
La razón por la que existen pozos que operen por jornadas es sencilla: los
pozos de este campo, particularmente hablando, debido a su baja
permeabilidad, tienen una lenta y variable restauración de nivel, hasta tal
punto que es mucho más bajo y más lento el aporte de fluidos de la
Formación al Pozo, que lo que puede sacar la Bomba de subsuelo en su
ciclo normal de Bombeo.
En las operaciones normales de campo, a estos pozos de jornadas, se ponen
a funcionar sus balancines a las 7am y se empiezan a apagar en la tarde,
entre las 3 hasta las 5pm.
Es por eso que este estudio tiene como objetivo, hacerle un seguimiento a
esos pozos que trabajan por jornadas, para determinar el tiempo optimo de
restauración y el tiempo óptimo de trabajo de los Balancines y determinar sus
jornadas de operación.
Actualmente estas jornadas de trabajo en las que están funcionando los
aparatos de Bombeo, no tiene un fundamento Ingenieril y simplemente se
apagan ya cuando se ve que no produce más y se deja restaurando mucho
tiempo.
Veremos que con un adecuado estudio de restauración de nivel de los
Pozos, podremos aprovechar y sacarle al máximo “el jugo” al pozo, con un
tiempo de receso de los Balancines menor, aprovechando ese tiempo de
más para volver a poner a funcionar el balancín.
Y para no dejar a un lado a los Pozos 24 horas, también serán motivo de
estudio de un seguimiento de restauración de nivel y ver la posibilidad de
descartar su operabilidad permanentemente y ponerlos a funcionar por
107
Jornadas, ya que estos pozos 24 horas, también presentan problemas de
intermitencia y de falta de nivel, que toca ser analizada
El trabajo de campo hecho para el seguimiento y control de los pozos, fue
desarrollado entre los meses de diciembre de 2002 y Enero de 2003, fecha
para la cual estaban operando 15 pozos.
3.5 ANALISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS. En el presente capítulo de este trabajo, se analizaran los datos y parámetros
obtenidos por pozo, y se realizaran los cálculos respectivos que nos
permitirán obtener el diseño adecuado y demostrar Ingenierilmente, la
viabilidad de la propuesta de optimización. Para efectos prácticos, se
describirán detalladamente el análisis a los Pozos ANC0703 y ANC0584, por
ser pozos representativos en cuanto a la información que se dispone, por
presentar en conjunto, la mayoría de los problemas presentes en la
operación de las Unidades de Bombeo Mecánico de los pozos estudiados y
por su producción alta, en comparación a los otros Pozos de la sección 67
levantados artificialmente por el sistema de Bombeo Mecánico. No obstante,
en el capítulo de discusión de resultados, se presentará una tabla
comparativa de los resultados obtenidos, en cuanto a los parámetros de
optimización se refiere, de los otros pozos que fueron estudiados en la
Práctica empresarial.
108
POZO ANC0703. 1. INFORMACION DEL POZO.
1.1 Generalidades del Pozo Ubicación: X= 522125; Y= 9745593 Coordenadas UTM.
Sistema de Levantamiento: Bombeo Mecánico.
Sección: 67.
Área: Tigre.
Estado: Productivo (P).
Fecha inicio de producción: 6 de Mayo de 1947.
1.2 Datos de Estado Mecánico y tubería.
Casing :
Superficie: φ externo = 6”; 18# (Guía); de 0´ hasta 4389´;
Zapato@2879´.
Productor: φ externo = 6”; 18# (Liner Ranurado); de 2879¨ hasta
4389´; Zapato@4389´
Total Depht (TD)= 4400´
Cruceta@3400´.
Tubing: 145 tubos cortos; φ externo =2 7/8” Tipo 10 H STD.
Formaciones Productoras: Passage Beds/Sto. Tomás y Atlanta.
109
1.3 Datos de producción y características del Fluido.
Producción Promedia: 20 Bb/d (Dic/2002).
BS&W: 0%.
Gravedad API: 37.5° (Fm, Sto. Tomás, PB y Atlanta)
Figura. 28 Tendencia del comportamiento diario de la producción ANC0703.
1.4 Características de la instalación de superficie de Bombeo.
Unidad marca Sunward 228 Reductor AIB Sunward 228. Designación API: C228-213-86. Contrapeso en las manivelas marca SMACO 40. Peso del contrapeso = 4000 lbs.
PRODUCCION DIARIA ANC0703
0
10
20
30
40
50
17/11/02 05/12/02 23/12/02 10/01/03 28/01/03 15/02/03 05/03/03
Tiempo ( Días).
CA
UD
AL
(Bbs
)
110
Motor a Gas marca Arrow Specialty C-96. Potencia del motor: 20HP. Revoluciones del motor: 600 r.p.m. Tiempo de trabajo de la unidad: 24 Hr / día. Rotación: Clock Wise (CW). Longitud de la carrera del vástago cromado(S): 75.3”. Velocidad de Bombeo: 10 SPM.
1.5 Características de la instalación de subsuelo. Bomba de subsuelo.
Designación API: 20-125-RWAC-12-4. # De Bomba: 221. Estado de la Bomba: Reparada. Características del Pistón: Cromado Ranurado.
Diámetro del Pistón (φ): 1 ¼ “
Luz del Pistón: 0.002”. Tipo de Bomba: Insertable, de pared delgada, con anclaje en la
parte superior, tipo copa. Pistón metálico. Trabaja para diámetros de tubing de 2 3/8”. Longitud del Barril: 12´. Longitud del Pistón: 4´. Otras especificaciones: Posee filtro y malla. Asiento de la Bomba: 3350´. Profundidad de entrada de la Bomba: 3400´.
Sarta de varillas.
111
Designación API: 65 Grado de las varillas: D.
2. OBSERVACIONES Y COMENTARIOS.
2.1 Datos de Producción. Según los datos de producción, se puede observar de la gráfica una clara tendencia a la disminución gradual de la producción. Una causa posible a este comportamiento puede justificarse por problemas en la Bomba o una baja en el aporte de la formación al Pozo.
2.2 Reportes de Pulling. En la información referente a las operaciones de Intervención al Pozo
(Pulling), podemos observar y destacar la siguiente información.
Número de intervenciones hechas en el último año: 6.
Tiempo transcurrido entre la primera y la última intervención del año:
6 Meses.
Frecuencia de las intervenciones: Mensual (Promedio).
Motivo de las Intervenciones: Cambio de Bomba y varilla rota.
Causas más frecuentes de los cambios de Bomba:
Presencia de arenas y finos, que provocan daños en las copas y
embastonamiento de la Bomba.
La presencia de Gas, que provoca la erosión de las válvulas y
provoca también que la Bomba se embastone.
112
Medidas que se han tomado en las intervenciones:
• Aplicación siempre del filtro y de la malla en la Bomba.
• Uso del Pistón cromado Ranurado.
• Disminución en el diámetro del Pistón.
• Disminución de la Luz del Pistón.
• Variación en la profundidad de asentamiento de la Bomba.
La bomba que se usa actualmente está diseñada para pozos de diámetro
nominal de tubing de 23/8” y no de 2 7/8” como es el caso.
2.3 Observaciones hechas en campo al funcionamiento del aparato de Bombeo.
Del trabajo y del seguimiento realizado en campo, podemos decir:
Vibraciones en el Vástago Pulido y en el aparato de Bombeo en
general.
Escape de gas en cabeza de pozo.
Desgaste en los cauchos.
Fuga de fluido por el Stuffing Box.
Unidad de Bombeo descentrada.
2.4 Análisis del Nivel de Fluido. En el seguimiento del presente pozo, de las mediciones de nivel podemos
observar una clara tendencia en la disminución de la misma, y que
también es muy variable, y la causa más probable a esta situación se
explica debido al comportamiento que presenta el yacimiento, ya que el
113
aporte de este, por su baja permeabilidad, al pozo cae considerablemente.
Los resultados del nivel de fluido fueron los siguientes:
11/20/02= 261 ft.
12/16/02= 79 ft.
12/26/02= 43 ft.
2.5 Análisis Dinamométrico. En el análisis realizado a los resultados de las mediciones
Dinamométricas, podemos observar, lo siguiente:
Clara presencia de Golpe de fluido.
Fricciones excesivas en el sistema de Bombeo.
Vibraciones.
Pérdida en las válvulas.
Las causas posibles a estos problemas son:
Bajo nivel de sumergencia de la Bomba.
Lento y bajo aporte de la Fm al pozo.
Disminución en el porte de la Fm. Al pozo.
Vástago y sarta de varillas descentrado respecto al pozo.
Vibraciones excesivas del aparato de Bombeo en superficie.
3. CÁLCULOS.
Con todos los parámetros presentes y dados del pozo, y con el análisis de
la Carta Dinamométrica, obtenemos los siguientes parámetros de diseño:
114
PPRL= 6400 lbs.
MPRL= 3700 lbs.
PRHP= 1.1 HP.
Potencia de la Bomba = 0.9 HP.
%Rango de cargas = 42.2%..
PD = 27.3 B/D.
Fillage = 19.75%.
Torque máximo (PT)= 90000 Lbs-pulgada.
Efecto ideal de contrapeso (CB) = 4837.5 lbs.
La potencia del motor, la podemos calcular empíricamente, con el uso de
la siguiente fórmula:
MHP = 1.5 X PRHP.
MHP = 1.5 X 1.1
MHP = 1.65 HP.
4. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. Con los cálculos de los parámetros de diseño obtenidos, mediante los datos
suministrados y teniendo en cuenta las observaciones y comentarios,
podemos afirmar:
Con los datos de carga máxima en el Vástago, torque máximo y carrera,
podemos establecer que la designación API apropiada para una unidad
de Bombeo en estas condiciones, debe ser:
C114-143-64.
Dicha designación API, cumple ampliamente con las condiciones de
operación del pozo, ya que puede resistir una capacidad estructural
115
máxima de 14300 libras, un torque máximo de la caja reductora de
114000 lb-pulgada.
Esta designación API, comparada con la que actualmente tiene la unidad
de Bombeo, es decir C228-213-86, nos da pie para poder afirmar, que la
unidad que actualmente opera, para propósitos prácticos de ingeniería,
ESTA SOBREDIMENSIONADA.
En cuanto al motor, podemos decir lo mismo, ya que la potencia máxima
de trabajo del Motor, es de 20 HP, comparados con los 1.65 HP
calculados, es un motor muy grande para operar a las condiciones del
sistema de Bombeo.
En cuanto al Fillage o análisis de llenado o de capacidad de la Bomba, es
muy bajo(apenas el 20%), lo que nos permite afirmar el uso de una
Bomba más pequeña, ya que esta Bomba esta sobrediseñada en cuanto
al aporte de fluido de la formación al pozo, que es menor. 5. SOLUCIONES Y RECOMENDACIONES. Haciendo un análisis de las observaciones hechas y de la interpretación de
resultados, se dan a conocer las posibles alternativas de solución y algunas
recomendaciones a los problemas más comunes, descritos arriba. Algunas
consideraciones claves son:
El uso de anclas o separadores de gas como accesorio en la instalación
de subsuelo, disminuirá en gran medida, los problemas más comunes
asociados a la alta presencia de gas, como un candado de gas y la
picadura en las válvulas.
116
Usar en todas los nuevos cambios de Bomba, filtro y malla para minimizar
los efectos de la presencia de arenas y finos, que ocasionan erosión en
las válvulas y embastonamiento de la Bomba.
Es buena la idea y espero que se siga aplicando el uso del Pistón
Cromado Ranurado.
Si siguen aumentando los problemas asociados a la presencia de arenas,
atacar el problema directamente, usando las SAND PUMPS o Bombas
tipo RWT.
Uso de pistón LOCK-NO.
En un próximo reacondicionamiento, aunque se sale de los propósitos de
la Tesis, mirar la viabilidad de empaquetar con Grava.
En cuanto a las observaciones hechas en el campo, podemos decir:
El uso de lubricadores sería una gran alternativa, para evitar el
calentamiento del Vástago, el daño de los cauchos en el Stuffing Box y
posibles fugas a través del mismo.
El uso de la técnica de la “plomada”, para poder centrar la unidad de
Bombeo al pozo, y así evitar las excesivas fricciones y vibraciones
observadas en las cartas Dinamométricas.
En caso de no solucionar plenamente el problema de las fricciones,
usar centralizadores como accesorio en la Instalación de subsuelo.
117
Verificar y fijar fuertemente al suelo las unidades de Bombeo, para
evitar vibraciones.
Una de las soluciones más efectivas, a la hora de corregir el “talón de
Aquiles”, en la operación del sistema de Bombeo, no solo en este pozo,
sino en todos los pozos de estudio, es un estudio del Tiempo Óptimo de
Restauración del Nivel de fluido. Este seguimiento nos permitirá
corregir problemas asociados a la falta de sumergencia de la Bomba que
se presentan, tales como:
El golpe de Fluido.
El Pumped Off, o Bomba que no trabaja.
Y otra serie de Inconvenientes asociados a los 2 primeros.
Con la eliminación o reducción de estos 2 graves problemas que se
presentan comúnmente en la operación del Sistema de Bombeo
Mecánico, que es el común denominador en el campo petrolero de
Ancón, se logrará:
Reducir el número de intervenciones a los pozos, causados por
desgastes en las válvulas y la Bomba, y por ende una reducción en
el costo de operación del pozo.
Determinar el tiempo óptimo de trabajo del Balancín, para evitar
excesos de operación de la unidad cuando no está produciendo.
Aumento de la producción.
Evitar el sobredimensionamiento de la unidad por la falta de fluido.
La necesidad de usar lubricadores, ya que el pozo estaría
permanentemente en su funcionamiento, produciendo.
A continuación se presentará el estudio del tiempo óptimo de restauración,
para este pozo, el ANC0703.
118
Figura 29. Tiempo óptimo de restauración del pozo ANC0703.
De este gráfico podemos decir, que el tiempo óptimo de restauración o de
descanso de la unidad, debe ser en este caso de 8 horas, es decir,
descartamos la posibilidad de trabajo de este pozo de 24 horas, por todos los
problemas descritos anteriormente.
Gráfico de Restauración
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
0 5 10 15 20Tiempo (horas)
Niv
el (f
t)
119
ANC0584.
1. INFORMACION DEL POZO. 1.1 Generalidades del Pozo
Ubicación: X= 522358; Y= 9745621 Coordenadas UTM.
Sistema de Levantamiento: Bombeo Mecánico.
Sección: 67.
Área: Tigre.
Estado: Productivo (P).
Fecha inicio de producción: 26 de Julio de 1941.
1.2 Datos de Estado Mecánico y tubería. Casing :
Superficie: φ externo = 10 3/4”; 40.5# (Guía); de 0´ hasta 2176´;
Zapato@2176´.
intermedio: φ externo = 8 5/8”; 36# (Liner Ranurado); de 2614¨
hasta 3466´; Zapato@3510´
Productor: φ externo = 5 ¾”; (Liner Ranurado); de 3432´ hasta
4166´; Zapato@4166´.
Total Depht (TD)= 4172´
Tubing:
25 tubos cortos; φ externo =2 3/8” Tipo 8 H -EUE.
105 tubos largos; φ externo =2 3/8” – 8 H- EUE.
Formaciones Productoras: Passage Beds/Sto. Tomás y Atlanta.
Profundidad promedia capas productoras: 3700´.
120
1.3 Datos de producción y características del Fluido.
Figura 30 Tendencia del comportamiento diario de la producción ANC0584.
Producción Promedia: 14 Bb/d (Dic/2002).
BS&W: 0%.
Gravedad API: 35.5° (Fm, Sto. Tomás, PB y Atlanta)
1.4 Características de la instalación de superficie de Bombeo. Unidad marca Sunward 228 Reductor AIB Sunward 228. Designación API: C456D-365-120d. Contrapeso en las manivelas marca SMACO 40. Peso del contrapeso = 2000 lbs.
Producción diaria ANC0584
0
10
20
30
40
50
60
18/11
/02
25/11
/02
02/12
/02
09/12
/02
16/12
/02
23/12
/02
30/12
/02
06/01
/03
13/01
/03
20/01
/03
27/01
/03
03/02
/03
10/02
/03
17/02
/03
24/02
/03
03/03
/03
Tiempo(dias)
Prod
ucci
ón (B
bls)
121
Motor a Gas marca Arrow Specialty C-106. Potencia del motor: 32HP. Revoluciones del motor: 800 r.p.m. Tiempo de trabajo de la unidad: 24 Hr / día. Rotación: Clock Wise (CCW). Longitud de la carrera del vástago cromado(S): 67.7”. Velocidad de Bombeo: 10.5 SPM.
1.5 Características de la instalación de subsuelo.
Bomba de subsuelo.
Designación API: 20-150-RWAC-16-5. # De Bomba: 5502. Estado de la Bomba: Reparada. Características del Pistón: Cromado liso.
Diámetro del Pistón (φ): 1 ¼ “
Luz del Pistón: 0.003”. Tipo de Bomba: Insertable, de pared delgada, con anclaje en la
parte superior, tipo copa. Pistón metálico. Trabaja para diámetros de tubing de 2 7/8”. Longitud del Barril: 16´. Longitud del Pistón: 5´. Otras especificaciones: Posee filtro y malla. Asiento de la Bomba: 3797´. Profundidad de entrada de la Bomba: 3800´.
122
Sarta de varillas.
Designación API: 65 Grado de las varillas: D.
2. OBSERVACIONES Y COMENTARIOS.
2.1 Datos de Producción. El comportamiento actual de la producción, es similar al del pozo ANC0703. Una causa posible a este comportamiento puede justificarse por problemas en la Bomba o una baja en el aporte de la formación al Pozo.
2.2 Reportes de Pulling. En la información referente a las operaciones de Intervención al Pozo
(Pulling), podemos decir que solo se dispone con un solo reporte, que data
del 22 de Octubre de 2001, y es el más actualizado con el que se cuenta.
Lo único que podemos decir al respecto, es que el cambio de Bomba se
debió a presencia de residuos de Caucho del Stuffing Box, que tapó las
válvulas, lo cual nos hace afirmar:
Que los problemas respecto al Stuffing Box, como quema de cauchos
son de origen similar al del caso anterior.
Las posibles causas de la quema de estos cauchos, por
observaciones en campo, son:
Varillón Pulido no centrado respecto a la cabeza de pozo.
Falta de lubricación del Stuffing Box.
Falta de nivel de fluido.
123
Figura 31. Reporte de Pulling Bombeo Mecánico Pozo ANC 703
2.3 Observaciones hechas en campo al funcionamiento del aparato de Bombeo.
Del trabajo y del seguimiento realizado en campo, podemos decir:
Vibraciones en el Vástago Pulido y en el aparato de Bombeo en
general.
Intermitencia en la producción.
Desgaste en los cauchos.
Fuga de fluido por el Stuffing Box.
Unidad de Bombeo descentrada.
124
2.4 Análisis del Nivel de Fluido. En el seguimiento del presente pozo, de las mediciones de nivel podemos
notar la variabilidad de la misma, es decir no hay un nivel estabilizado,
teniendo como causa más probable a esta situación el comportamiento que
presenta el yacimiento, ya que el aporte de este, por su baja
Figura 32. Gráfico de de nivel de fluido del pozo ANC 703 por el TWM
permeabilidad, al pozo cae considerablemente. Los resultados del nivel
de fluido fueron los siguientes:
11/19/02= 100 ft.
125
12/16/02= 24 ft.
12/26/02= 59 ft.
2.5 Análisis Dinamométrico.
En el análisis realizado a los resultados de las mediciones
Dinamométricas, podemos observar, lo siguiente:
Clara presencia de Golpe de fluido.
Golpe de gas.
Tendencia a un posible embastonamiento de la Bomba.
Fricciones excesivas en el sistema de Bombeo.
Vibraciones.
Pérdida en las válvulas.
Las causas posibles a estos problemas son:
Bajo nivel de sumergencia de la Bomba.
Lento y bajo aporte de la Fm al pozo.
Disminución en el aporte de la Fm. Al pozo.
Vástago y sarta de varillas descentrado respecto al pozo.
Vibraciones excesivas del aparato de Bombeo en superficie.
Alto GOR.
126
3. CÁLCULOS. Figura 33. Carta dinamométrica del pozo ANC 703
Con todos los parámetros presentes y dados del pozo, y con el análisis de
la Carta Dinamométrica, obtenemos los siguientes parámetros de diseño:
127
PPRL= 8100 lbs.
MPRL= 4200 lbs.
PRHP= 1.7 HP.
Potencia de la Bomba = 1.6 HP.
%Rango de cargas = 48.1%..
PD = 22.9 B/D.
Fillage = 18.49%.
Torque máximo (PT)= 120000 Lbs-pulgada.
Efecto ideal de contrapeso (CB) = 5125 lbs.
La potencia del motor, la podemos calcular empíricamente, con el uso de
la siguiente fórmula:
MHP = 1.5 X PRHP.
MHP = 1.5 X 1.6
MHP = 2.4 HP.
4. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS. Con los cálculos de los parámetros de diseño obtenidos, mediante los datos
suministrados y teniendo en cuenta las observaciones y comentarios,
podemos afirmar:
Con los datos de carga máxima en el Vástago, torque máximo y carrera,
podemos establecer que la designación API apropiada para una unidad
de Bombeo en estas condiciones, debe ser:
128
C160-173-74.
Dicha designación API, cumple ampliamente con las condiciones de
operación del pozo, ya que puede resistir una capacidad estructural
máxima de 14300 libras, un torque máximo de la caja reductora de
160000 lb-pulgada.
Esta designación API, comparada con la que actualmente tiene la unidad
de Bombeo, es decir C456D-365-120, nos da pie para poder afirmar, que
la unidad que actualmente opera, para propósitos prácticos de ingeniería,
ESTA SOBREDIMENSIONADA.
En lo que a la carrera del Vástago se refiere, podemos decir que es muy
aproximada a la actual, inclusive, la idea es aumentar la carrera del
Vástago Pulido para disminuir la velocidad de Bombeo, para aprovechar
la Sumergencia de la Bomba.
En cuanto al motor, podemos decir lo mismo, ya que la potencia máxima
de trabajo del Motor, es de 32 HP, comparados con los 2.4 HP calculados
y que son los que se requieren, es un motor muy grande para operar a las
condiciones del sistema de Bombeo.
En cuanto al Fillage o análisis de llenado o de capacidad de la Bomba, es
muy bajo(apenas el 20%), lo que nos permite afirmar el uso de una
Bomba más pequeña, ya que esta Bomba esta sobrediseñada en cuanto
al aporte de fluido de la formación al pozo, que es menor, siendo similar al
caso del Pozo anterior.
129
5. SOLUCIONES Y RECOMENDACIONES.
Haciendo un análisis de las observaciones hechas y de la interpretación de
resultados, se dan a conocer las posibles alternativas de solución y algunas
recomendaciones a los problemas más comunes, descritos arriba. Algunas
consideraciones claves son:
El uso de anclas o separadores de gas como accesorio en la instalación
de subsuelo, disminuirá en gran medida, los problemas más comunes
asociados a la alta presencia de gas, como un candado de gas, la
picadura en las válvulas y en nuestro caso, el Golpe de gas.
Usar en todas los nuevos cambios de Bomba, filtro y malla para minimizar
los efectos de la presencia de arenas y finos, que ocasionan erosión en
las válvulas y embastonamiento de la Bomba.
En cuanto a las observaciones hechas en el campo, podemos decir:
El uso de lubricadores sería una gran alternativa, para evitar el
calentamiento del Vástago, el daño de los cauchos en el Stuffing Box y
posibles fugas a través del mismo.
El uso de la técnica de la “plomada”, para poder centrar la unidad de
Bombeo al pozo, y así evitar las excesivas fricciones y vibraciones
observadas en las cartas Dinamométricas.
En caso de no solucionar plenamente el problema de las fricciones,
usar centralizadores como accesorio en la Instalación de subsuelo.
Verificar y fijar fuertemente al suelo las unidades de Bombeo, para
evitar vibraciones.
130
Una de las soluciones más efectivas, a la hora de corregir el “talón de
Aquiles”, en la operación del sistema de Bombeo, no solo en este pozo,
sino en todos los pozos de estudio, es un estudio del Tiempo Óptimo de
Restauración del Nivel de fluido. Este seguimiento nos permitirá
corregir problemas asociados a la falta de sumergencia de la Bomba que
se presentan, tales como:
El golpe de Fluido.
El Pumped Off, o Bomba que no trabaja.
Y otra serie de Inconvenientes asociados a los 2 primeros.
Con la eliminación o reducción de estos 2 graves problemas que se
presentan comúnmente en la operación del Sistema de Bombeo
Mecánico, que es el común denominador en el campo petrolero de
Ancón, se logrará:
Reducir el número de intervenciones a los pozos, causados por
desgastes en las válvulas y la Bomba, y por ende una reducción en
el costo de operación del pozo.
Determinar el tiempo óptimo de trabajo del Balancín, para evitar
excesos de operación de la unidad cuando no está produciendo.
Aumento de la producción.
Evitar el sobredimensionamiento de la unidad por la falta de fluido.
La necesidad de usar lubricadores, ya que el pozo estaría
permanentemente en su funcionamiento, produciendo.
131
A continuación se presentará el estudio del tiempo óptimo de restauración,
para este pozo, el ANC0584.
Figura 34. Tiempo óptimo de restauración del pozo ANC0584.
De este gráfico podemos decir, que el tiempo óptimo de restauración o de
descanso de la unidad, por análisis de pendientes debe ser en este caso de
7 horas, es decir, descartamos la posibilidad de trabajo de este pozo de 24
horas, por todos los problemas descritos anteriormente. Estas 7 horas son
tiempo suficiente, en el cual el pozo presenta una alta recuperación de nivel y
dejarlo más tiempo sin operar, no es viable ni técnica ni económicamente.
Gráfico de Restauración
0
50
100
150
200
250
300
0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00
Tiempo (hrs)
Niv
el (f
t)
132
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Al finalizar el presente trabajo, sobre OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE BOMBEO MECANICO DE LA SECCION 67, podemos concluir:
La sección 67 de los campos petroleros “ING. GUSTAVO GALINDO
VELASCO”, es la que más representatividad tiene en cuanto a
producción en el campo(es la que sección que más produce), además de
tener en mayor % el sistema de levantamiento de BM.
El sistema de Bombeo Mecánico, es el sistema de Levantamiento
artificial, que representa la mayor producción de la sección, discriminado
en cuanto a los otros sistemas de levantamiento
Es por eso que se tiene la seguridad que con este estudio, los objetivos y
alcances de este proyecto, como lo es, la disminución en los costos de
operación y producción por pozo, y un aumento en la producción, se
verán fácilmente reflejados.
Estos pozos se caracterizan por ser los llamados “pozos estrella”, es
decir, los que más producen.
Entre las falencias más comunes encontradas en los Pozos de BM fijos
de la sección, tenemos: sobredimensionamiento de las unidades y aparatos de Bombeo.
133
El golpe de fluido. Golpe de gas. Mínima y variable restauración de nivel de los pozos. Presencia de gas. Excesivo número y promedio de intervenciones (Pulling) a aquellos
pozos que presentan problemas de arenas. Y otros problemas producto de la observación directa de las unidades,
como son, Vibraciones, quema de cauchos, Vástago descentrado,
entre otros. Pozos que trabajan mucho tiempo sin nivel. (PUMPED-OFF).
La solución más acertada que se plantea en este trabajo, es un
seguimiento o estudio del tiempo óptimo de restauración de los pozos.
Este estudio probado en algunos pozos, nos arrojó como resultado un
cambio en el tiempo de trabajo en las unidades de Bombeo, que en
algunos casos, aquellas que trabajaban permanentemente, deberán
hacerlo por jornadas.
Otra solución que se planteó es en cuanto a modificaciones en cuanto al
diseño del aparato de Bombeo se refiere, pero sabemos bien, que no es
viable económicamente hacer un cambio de aparato de Bombeo.
Una solución que minimiza en parte la eficiente operación del sistema de
Bombeo, es haciendo unas variaciones al diseño del equipo de subsuelo,
en la mayoría de los casos, las variaciones más importantes fueron: Una disminución en el tamaño de la Bomba.
Un aumento en la carrera del Vástago Pulido.
El uso de accesorios, como centralizadores, anclas de gas y
lubricadores.
134
El uso, en el caso de los pozos con problemas de arena, Bombas tipo
RWT o SAND-PUMP.
Disminución en la luz del Pistón, debido a la alta gravedad API del
crudo, para minimizar los escurrimientos entre el pistón y la camisa de
la Bomba.
Disminución en la velocidad de Bombeo.
Recomendaciones prácticas de procedimiento de campo, a la hora de
hacer un seguimiento y detectar posibles fallas en cuanto al
funcionamiento de la unidad de Bombeo Mecánico, son las siguientes:
Verificar de forma continua si el pozo “produce”. Esto se logra
abriendo la válvula de chequeo o de “purga”, que se encuentra en la
cabeza de pozo, a la salida del tubing.
En caso de no observar producción por este procedimiento, se
recomienda cerrar la línea de flujo o Flowline y la válvula de chequeo y
medir la presión. Un aumento de presión nos indicará producción.
Medir diariamente la producción del pozo, en nuestro caso, en los
volúmetros de la estación 67, poniendo el pozo a prueba, llevando una
estadística de dicha producción y observar en forma continua la
evolución de la misma. En caso de notar una disminución de la
producción, se tomarán las medidas necesarias para restaurarla o
establecer las posibles causas de tal situación. También la prueba se
puede realizar, desplazando un tanque cerca de la locación del pozo.
En muchos pozos se observaba un golpe al final de la carrera del Vástago
Pulido, hecho que se conoce como, poner a “golpear el pozo”. Esto
ocurre, cuando al final de la carrera, se produce un golpe entre las
válvulas fija y viajera. Se recomienda evitar tal situación, ya que provoca
con el tiempo, daño en las válvulas y por ende, ocasiona una intervención
por un cambio prematuro en la Bomba. Para remediar tal situación, se
135
aconseja modificar la posición del Vástago cromado con la grampa de
colgar, de modo de hacer elevar el vástago un poco hacia arriba.
En la selección correcta del aparato de Bombeo Mecánico, hay que tener
en cuenta, factores como la carga Máxima en el Vástago Pulido (PPRL),
el Torque Máximo (PT), los cuales se obtuvieron por el análisis
Dinamométrico.
En cuanto al otro parámetro para la selección de la unidad, que es la
Carrera del Vástago cromado, será seleccionada de una forma optima,
que permita aprovechar al máximo, la sumergencia de la Bomba, a pesar
del bajo nivel de fluido e intermitencia de los pozos.
Para la selección de los aparatos de Bombeo, se tuvo en cuenta, la tabla
de clasificación de los aparatos de Bombeo, según norma API Std 11E.
El hecho de que la capacidad de las unidades de Bombeo actuales
sobrepasen las reales condiciones de operación del pozo, en cuanto a los
rangos de carga y Torque, no son garantía de un diseño óptimo, ya que
con unidades más pequeñas en cuanto a esos parámetros se demostró
que pueden satisfacer plenamente, esas condiciones de operación.
Fue indispensable en el desarrollo del presente trabajo, el uso y análisis
de las cartas Dinamométricas, como herramienta en el seguimiento y
control de la operación de las unidades de Bombeo Mecánico y cuyos
datos interpretados y resultados obtenidos de las mismas, nos permitieron
determinar las principales falencias en el sistema, que básicamente son
de tipo mecánico ya que permitirán por ende, una operación más
económica, en cuanto a costos de producción se refiere.
136
El “golpe de fluido”, que es uno de los problemas más comunes en la
operación del Sistema de Bombeo Mecánico de los pozos estudiados, es
causante de 2 graves inconvenientes que causan las intervenciones y por
ende, aumento en los costos de operación, estos son:
Disminución en la vida útil de la Sarta de Varillas, por “pandeo”
continuo de estas.
Disminución en la eficiencia de la Bomba de subsuelo, por desgaste
prematuro en sus válvulas.
Las soluciones encontradas y estudiadas en el presente trabajo, que
pueden reducir los efectos de dicho problema, son:
El uso de un menor desplazamiento de la Bomba, que se logra
bajando la velocidad de Bombeo y/o la carrera del Vástago Pulido.
Trabajar con un pistón más pequeño del actual, que tenga la
capacidad de sostener la producción del pozo, es decir, que
mantenga un buen nivel de Sumergencia.
Tener en cuenta el estudio de recuperación de nivel de Fluido del
pozo, que nos permitirá establecer el tiempo óptimo de
restauración del pozo, para tener operando con buen nivel y sacar
al máximo, el fluido producido en el tiempo necesario y evitar
excesos en la unidad de Bombeo.
En este caso especial de los pozos BM de estudio, no es aconsejable o
no se cumple la lógica, afirmando que un aumento en la velocidad de
Bombeo repercutirá en un aumento de producción, al contrario, hará en
este caso, debido a la lenta restauración, que la Bomba se quede
rápidamente sin nivel, provocando cargas innecesarias en la estructura y
137
fatiga en la sarta de varillas, debido a los efectos de aceleración. Por eso
se recomiendan velocidades de Bombeo Bajas y carreras del Vástago
Pulido largas.
En aquellos pozos donde sea común, la pérdida en las válvulas por
desgaste en las mismas, se recomienda bajar una Bomba con doble
válvula, por si se daña una, la otra la reemplaza y así, se ahorra una
intervención por cambio de Bomba.
138
BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS
BASE DE DATOS DE INFORMACIÓN DE LOS CAMPOS PETROLEROS
“ING. GUSTAVO GALINDO VELASCO” DE LOS POZOS DE LA
COMPAÑÍA PACIFPETROL S.A.
ARCHIVOS DE REFERENCIA DE LA COMPAÑÍA PACIFPETROL S.A.
T.W.E. NIND. FUNDAMENTOS DE PRODUCCION Y MANTENIMIENTO
DE POZOS PETROLIFEROS. PRIMERA EDICION, MEXICO:
EDITORIAL LIMUSA S.A., 1987.
CRAFT, B. HOLDEN, W. GRAVES, D. Well Design: Drilling and
Production, 1962.
BROWN, Kermit E. The technology of Artificial Lift Methods, Vol. 2ª. 1975.
DONELLY, Richard. Oil and Gas Production: Beam Pumping. Division of
Continuing education, The University of Texas and Austin, 1986.
139
AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE, API “Recomended practice for
Design Calculations for Sucker Rod Pumping System”, Third Edition ,
1977 Washington, D.C.
BERGANTINO FRANCISCO, “Fundamentos de Bombeo mecánico”,
Segunda Edición 1995, Argentina.
ITURRALDE MORTOLA, Julio Andrés. Diseño de Instalaciones de
Bombeo Mecánico para pozos de la Península de Santa Elena.
Guayaquil-Ecuador: Departamento de Geología, Minas y Petróleo,
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RODRIGUEZ, Rafael. Optimización del Bombeo Mecánico del Campo
Tigre. Guayaquil-Ecuador: Facultad de Ingeniería en Ciencias de la
Tierra, ESPOL, 1996.
Manual del TWM Software de Echometer Company.
TAKACS, Gabor. Modern Sucker-Rod Pumping. PennWell Books.
Tulsa, Oklahoma, 1993.
DIFERENTES PAPERS RELACIONADOS CON EL TEMA.
